DE69130668T2 - CHEMOLUMINESCENT 3- (SUBSTITUTED ADAMANT-2'-YLIDENE) 1,2-DIOXETANE - Google Patents
CHEMOLUMINESCENT 3- (SUBSTITUTED ADAMANT-2'-YLIDENE) 1,2-DIOXETANEInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft verbesserte chemilumineszierende 1,2-Dioxetanverbindungen. Die Erfindung betrifft insbesondere verbesserte enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2- Dioxetanverbindungen, welche enzymatisch entfernbare labile Gruppen enthalten. Solche labilen Gruppen verhindern, daß sich das Molekül unter Lichtbildung, beispielsweise sichtbarem Licht oder Licht, das durch geeignete Instrumente nachweisbar ist, zersetzen, bis ein geeignetes Enzym zur Entfernung der labilen Gruppe zugegeben wird.The invention relates to improved chemiluminescent 1,2-dioxetane compounds. The invention relates in particular to improved enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetane compounds which contain enzymatically removable labile groups. Such labile groups prevent the molecule from decomposing to generate light, for example visible light or light detectable by suitable instruments, until a suitable enzyme is added to remove the labile group.
Ein Enzymmolekül bewirkt die Entfernung durch einen katalytischen Zyklus, seiner komplementären labilen Gruppen von Tausenden von enzymatisch spaltbaren chemilumineszierenden 1,2-Dioxetanmolekülen. Dies ist ein ausgeprägter Gegensatz zu der Situation mit chemisch spaltbaren chemilumineszierenden 1,2-Dioxetanen, wo ein Molekül an chemischem Spaltmittel erforderlich ist, um komplementäre labile Gruppen aus jedem Dioxetanmolekül zu entfernen. Beispielsweise ist ein mol Natriumhydroxid erforderlich, um ein mol Wasserstoffionen aus dem Hydroxylsubstituenten der Phenylgruppe in 3-(2'-Spiroadamantan)-4-methoxy-4-(3"- hydroxy)phenyl-1,2-dioxetan abzuspalten, während nur ein einziges Mol alkalischer Phosphatase ("AP") erforderlich ist, um die Phosphoryloxygruppe in 1.000-5.000 Mole 3-(2'- Spiroadamantan)-4-methoxy-4-(3"-phosphoryloxy)phenyl-1,2-dioxetandinatriumsalz pro Sekunde zu spalten; vergleiche Jablonski, "DNA Probes for Infectious Diseases" (Boca Raton, Fla.: CRC Press, 1989), Seite 22.One enzyme molecule effects the removal, through a catalytic cycle, of its complementary labile groups from thousands of enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetane molecules. This is in marked contrast to the situation with chemically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetanes, where one molecule of chemical cleaving agent is required to remove complementary labile groups from each dioxetane molecule. For example, one mole of sodium hydroxide is required to cleave one mole of hydrogen ion from the hydroxyl substituent of the phenyl group in 3-(2'-spiroadamantane)-4-methoxy-4-(3"- hydroxy)phenyl-1,2-dioxetane, whereas only a single mole of alkaline phosphatase ("AP") is required to cleave the phosphoryloxy group in 1,000-5,000 moles of 3-(2'-spiroadamantane)-4-methoxy-4-(3"-phosphoryloxy)phenyl-1,2-dioxetane disodium salt per second; see Jablonski, "DNA Probes for Infectious Diseases" (Boca Raton, Fla.: CRC Press, 1989), p. 22.
Enzymatisch spaltbare lichterzeugende 1,2-Dioxetanverbindungen werden üblicherweise ebenfalls stabilisierende Gruppen, wie eine Adamantylidengruppe spirogebunden an das 3- Kohlenstoffatom des Dioxetanrings enthalten, die verhindert, daß die Dioxetanverbindung eine wesentliche Zersetzung bei Raumtemperatur (etwa 25ºC) erleidet, bevor die Bindung, durch die die enzymatisch spaltbare labile Gruppe an den Rest des Moleküls gebunden ist, absichtlich gespalten wird. Das Konzept der Verwendung einer Spiroadamantylgruppe für die Stabilität wurde in die 1,2-Dioxetanchemie durch Wierynga, et al., Tetrahedron Letters, 169 (1972) und McCa- pra, et al.; J. Chem. Soc., Chem. Comm.; 944 (1977), eingeführt. Diese stabilisierenden Gruppen erlauben, daß solche Dioxetane während annehmbar langer Zeiten gelagert werden können, bevor sie verwendet werden, beispielsweise von etwa 12 Monaten bis so lange wie etwa 12 Jahre bei Temperaturen im Bereich von etwa 4 bis etwa 30ºC, ohne daß eine wesentliche Zersetzung stattfindet.Enzymatically cleavable light-generating 1,2-dioxetane compounds will usually also contain stabilizing groups such as an adamantylidene group spiro-bonded to the 3-carbon atom of the dioxetane ring, which prevents the dioxetane compound from undergoing significant decomposition at room temperature (about 25ºC) before the bond by which the enzymatically cleavable labile group is bound to the rest of the molecule is intentionally cleaved. The concept of using a spiro-adamantyl group for stability was introduced into 1,2-dioxetane chemistry by Wierynga, et al., Tetrahedron Letters, 169 (1972) and McCapra, et al.; J. Chem. Soc., Chem. Comm.; 944 (1977). These stabilizing groups allow such dioxetanes to be stored for reasonably long periods before use, for example from about 12 months to as long as about 12 years at temperatures in the range of about 4 to about 30°C without substantial decomposition occurring.
Die Erfindung betrifft weiterhin den Einbau der Dioxetanmoleküle in anerkannte Immunoassays, chemische Assays, und Nukleinsäuresondenassays und ihre Verwendung als direkte chemische/physikalische Sonden für die Untersuchung der Molekülstrukturen oder der Mikrostrukturen verschiedener Makromoleküle, synthetischer Polymere, Proteine, Nukleinsäuren, katalytischen Antikörpern und ähnlichen und ermöglicht die Identifizierung oder quantitative Bestimmung eines Analyten - die chemische oder biologische Substanz, deren Anwesenheit, Menge oder Struktur bestimmt werden soll.The invention further relates to the incorporation of the dioxetane molecules into recognized immunoassays, chemical assays, and nucleic acid probe assays and their use as direct chemical/physical probes for the investigation of the molecular structures or microstructures of various macromolecules, synthetic polymers, proteins, nucleic acids, catalytic antibodies and the like and enables the identification or quantitative Determination of an analyte - the chemical or biological substance whose presence, amount, or structure is to be determined.
Chemilumineszierende 1,2-Dioxetane haben bereits zunehmende Bedeutung in den vergangenen Jahren, insbesondere mit dem Fortschreiten der enzymatisch spaltbaren chemilumineszierenden 1,2-Dioxetanen gefunden, wie es in WO 88/00695, US 5 089 630, WO 89/06226 und US 4 952 707 beschrieben wird.Chemiluminescent 1,2-dioxetanes have already found increasing importance in recent years, especially with the advancement of enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetanes as described in WO 88/00695, US 5 089 630, WO 89/06226 and US 4 952 707.
In ausgeprägtem Gegensatz zu den enzymatisch spaltbaren 1,2-Dioxetanen haben die verschiedenen chemisch spaltbaren chemilumineszierenden 1,2-Dioxetane, die bis heute bekannt sind, wenig, wenn überhaupt, Verwendung als Reportermoleküle bei irgendeiner Art von analytischem Verfahren und mit Sicherheit nicht bei Bioassays gefunden. Dies liegt daran, daß die bekannten chemisch spaltbaren Verbindungen zum größten Teil wasserunlöslich sind - ausgenommen bestimmte Acetoxy-substituierte 1,2-Dioxetane, die etwas wasserlöslich, wie auch löslich in organischen Lösungsmitteln sind, und sie sind daher bei biologischen Assays nicht nützlich, sofern sie nicht etwas durch Zugabe von Gruppen oder Substituenten modifiziert werden, die eine Konjugation zu einer biologischen Spezies, beispielsweise einem Antikörper, erlauben, wodurch solche konjugierte chemisch spaltbare 1,2-Dioxetane als chemisch aktivierte chemiluminogene Markierungen verwendet werden können.In marked contrast to the enzymatically cleavable 1,2-dioxetanes, the various chemically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetanes known to date have found little, if any, use as reporter molecules in any type of analytical procedure, and certainly not in bioassays. This is because the known chemically cleavable compounds are for the most part water insoluble - except for certain acetoxy-substituted 1,2-dioxetanes, which are somewhat water soluble as well as soluble in organic solvents, and are therefore not useful in biological assays unless they are slightly modified by the addition of groups or substituents that allow conjugation to a biological species, such as an antibody, whereby such conjugated chemically cleavable 1,2-dioxetanes can be used as chemically activated chemiluminogenic labels.
Die Wasserlöslichkeit typischer enzymatisch spaltbarer chemilumineszierender 1,2- Dioxetane, andererseits - beispielsweise Adamantyl-gebundene enzymatisch spaltbare 1,2- Dioxetane, die sich in Anwesenheit eines geeigneten Enzyms unter Lichtemission zersetzen - wie 3-(4-Methoxyspiro[1,2-dioxetan-3,2'-tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenylphosphat und seine Salze, beispielsweise Dinatriumsalz, wie im folgenden identifiziert kurz als adamantylidenmethoxyphenoxyphosphoryliertes Dioxetan ("AMPPD") und 3-(4-Methoxyspiro[1,2-dioxetan-3,2'- tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenyloxy-3"-β-D-galactopyranosid und seine Salze ("AMPGD") - bewirken, daß diese hervorragend geeignet sind für die Verwendung als Reportermoleküle in vielen Typen analytischer Verfahren, die in wässrigen Medien durchgeführt werden und insbesondere bei Bioassays.The water solubility of typical enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2- dioxetanes, on the other hand - for example, adamantyl-linked enzymatically cleavable 1,2- dioxetanes which decompose in the presence of a suitable enzyme with light emission - such as 3-(4-methoxyspiro[1,2-dioxetane-3,2'-tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenyl phosphate and its salts, for example disodium salt, as identified hereinafter briefly as adamantylidenemethoxyphenoxyphosphorylated dioxetane ("AMPPD") and 3-(4-methoxyspiro[1,2-dioxetane-3,2'- tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenyloxy-3"-β-D-galactopyranoside and its salts ("AMPGD") - make them ideally suited for use as reporter molecules in many types of analytical procedures carried out in aqueous media and particularly in bioassays.
Es wurde beobachtet, daß das AMPPD in wässriger Lösung und ebenfalls in Anwesenheit chemilumineszierender Verstärker, beispielsweise eines polymeren Ammonium-, Phosphonium- oder Sulfoniumsalzes, wie Poly[vinylbenzyl(benzyldimethylammoniumchlorid)] ("BDMQ") und anderer heteropolarer Polymere (vergleiche US 5 145 772) länger benötigt, um die konstanten Lichtemissionscharakteristika zu erreichen als es die optimalen Zeitperioden waren ("t1/2", definiert als die Zeit, die erforderlich ist, die Hälfte der maximalen Chemilumineszenzintensität bei konstanten, stationären Lichtemissionsgehalten zu erreichen; diese Emissionshalbwerrszeit variiert als Funktion der Stabilität des Dioxetanoxyanions in verschiedenen Umgebungen).It has been observed that in aqueous solution and also in the presence of chemiluminescent enhancers, for example a polymeric ammonium, phosphonium or sulfonium salt such as poly[vinylbenzyl(benzyldimethylammonium chloride)] ("BDMQ") and other heteropolar polymers (see US 5,145,772), the AMPPD takes longer to reach the constant light emission characteristics than the optimal time periods ("t1/2", defined as the time required to reach half the maximum chemiluminescence intensity at constant, steady-state light emission levels; this emission half-time varies as a function of the stability of the dioxetane oxyanion in different environments).
Statistisch sind ungefähr sieben t1/2-Perioden erforderlich, um die stationäre Lichtemissionskinetik zu erreichen.Statistically, approximately seven t1/2 periods are required to reach the steady-state light emission kinetics.
Es wurde gefunden, daß die t1/2 für AMPPD bei Konzentrationen über 2 · 10&supmin;&sup5; M in wässriger Lösung bei pH 9,5 in Abwesenheit von BDMQ 7,5 Minuten beträgt. Es wurde gefunden, daß bei 4 · 10&supmin;³ M in Abwesenheit von BDMQ die t1/2 ungefähr 30-60 Minuten beträgt, während gefunden wurde, daß die t1/2 für AMPPD bei 2 · 10&supmin;&sup5; M in wässriger Lösung 2,5 Minuten beträgt.The t1/2 for AMPPD at concentrations above 2 x 10-5 M in aqueous solution at pH 9.5 in the absence of BDMQ was found to be 7.5 minutes. The t1/2 at 4 x 10-3 M in the absence of BDMQ was found to be approximately 30-60 minutes, while the t1/2 for AMPPD at 2 x 10-5 M in aqueous solution was found to be 2.5 minutes.
In schnellen Bioassays, bei denen enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2- Dioxetane als Reportermoleküle verwendet werden, ist es wünschenswert, den stationären Zustand der Lichtemissionskinetik so schnell wie möglich zu erreichen, um den "Endpunkt" in dem Assay zu bestimmen. Die Chemilumineszenzintensität kann gemessen werden, bevor die stationäre Kinetik erreicht ist. Ausgeklügelte thermisch kontrollierte Luminometrie-Instrumente müssen verwendet werden, um die genauen Werte vor der stationären Emissionskinetik zu erhalten.In rapid bioassays using enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetanes as reporter molecules, it is desirable to reach steady-state light emission kinetics as quickly as possible to determine the "endpoint" in the assay. Chemiluminescence intensity can be measured before steady-state kinetics are reached. Sophisticated thermally controlled luminometry instruments must be used to obtain accurate values before steady-state emission kinetics.
AMPPD zeigt in einer wässrigen gepufferten Lösung sowohl in Anwesenheit als auch in Abwesenheit chemilumineszierender Verstärker, wie BDMQ, eine höhere thermische oder sonstige nichtenzymatische aktivierte Lichtemission oder ein "Geräusch" als es gewünscht wird. Ein solches Geräusch kann Emissionen aus angeregten Zuständen von Adamantanon und des Methyl-m-oxybenzoatanions, das sich von dem aromatischen Teil des AMPPD-Moleküls ableitet, zugeschrieben werden. Dieses Geräusch kann die Nachweiswerte begrenzen und somit die Realisierung einer letzten Empfindlichkeit verhindern, da der gemessene Geräuschgehalt von AMPPD ungefähr zwei Größenordnungen über dem Dunkelstrom in einem Standardluminometer liegt.AMPPD exhibits higher than desired thermal or other non-enzymatic activated light emission or "noise" in an aqueous buffered solution in both the presence and absence of chemiluminescent enhancers such as BDMQ. Such noise can be attributed to excited state emissions of adamantanone and the methyl-m-oxybenzoate anion derived from the aromatic portion of the AMPPD molecule. This noise can limit detection levels and thus prevent the realization of ultimate sensitivity since the measured noise content of AMPPD is approximately two orders of magnitude above the dark current in a standard luminometer.
Die enzymatische Spaltung von AMPPD mit alkalischer Phosphatase erzeugt ebenfalls anionische dephosphorylierte AMPPD - Adamantylidenmethoxymethylphenolatdioxetan oder "AMP-D". Dieses Phenolatanion kann auch hydrolytisch in kleinen Mengen gebildet werden, wodurch ein Hintergrundchemilumineszenzsignal gebildet wird, welches in einer organisierten molekularen Anordnung, wie in Micellen, Liposomen, lamellaren Phasen, dünnen Schichten, Lipiddoppelschichten, Liposombläschen, umgekehrten Micellen, Mikroemulsion, Mikrogel, Latex, Membran oder Polymeroberfläche und in hydrophober Umgebung, wie sie durch Chemilumineszenzverstärker; beispielsweise BDMQ; gebildet wird; starke verstärkte Gehalte an Lichtemission bewirkt, wodurch hohe Hintergrundsignale erzeugt werden und im wesentlichen der dynamische Bereich des Signals, das durch die enzymatische Hydrolyse von AMPPD gebildet wird, erniedrigt wird.Enzymatic cleavage of AMPPD with alkaline phosphatase also produces anionic dephosphorylated AMPPD - adamantylidene methoxymethylphenolate dioxetane or "AMP-D". This phenolate anion can also be formed hydrolytically in small amounts, producing a background chemiluminescent signal which causes greatly enhanced levels of light emission in an organized molecular arrangement such as in micelles, liposomes, lamellar phases, thin films, lipid bilayers, liposome vesicles, reverse micelles, microemulsion, microgel, latex, membrane or polymer surface and in hydrophobic environment such as that formed by chemiluminescent enhancers; e.g. BDMQ; thereby producing high background signals and substantially lowering the dynamic range of the signal formed by enzymatic hydrolysis of AMPPD.
In Übereinklang mit den oben beschriebenen Beobachtungen wurden von der Anmelderin die folgenden Mechanismen postuliert.In accordance with the observations described above, the applicant postulated the following mechanisms.
In Anwesenheit von Verstärkungspolymeren, wie BDMQ: 1. Enzymatischer Weg(AP vorhanden): 2. Thermischer Weg (kein AP vorhanden): In the presence of reinforcing polymers such as BDMQ: 1. Enzymatic pathway (AP present): 2. Thermal route (no AP available):
1/ "CL" bedeutet Chemilumineszenz.1/ "CL" means chemiluminescence.
2/ AMPPD in wässriger gepufferter Lösung enthält eine geringe Menge an dephosphoryliertem hydroxyliertem 1,2-Dioxetan ("AMPHD"). Wenn der Lösungs-pH ausreichend hoch ist (über etwa 9,5) kann das dephosphorylierte Dioxetan in anionischem Zustand, als AMPθD, vorhanden sein.2/ AMPPD in aqueous buffered solution contains a small amount of dephosphorylated hydroxylated 1,2-dioxetane ("AMPHD"). If the solution pH is sufficiently high (above about 9.5), the dephosphorylated dioxetane may be present in anionic state, as AMPθD.
3/ "CL&sub1;" und "CL&sub2;" bedeuten Hintergrundchemilumineszenz.3/ "CL�1" and "CL₂" mean background chemiluminescence.
4/ "A*" bedeutet Adamantanon in angeregtem Energiezustand.4/ "A*" means adamantantone in excited energy state.
Selbst in Abwesenheit eines Verstärkungspolymeren kann AMPPD in wässriger Lösung als Aggregat vorliegen: 3. Enzymatischer Weg: Even in the absence of a reinforcing polymer, AMPPD can exist as an aggregate in aqueous solution: 3. Enzymatic pathway:
Bei dem obigen Mechanismus sind n> > > m; n und m eine Funktion der Anwesenheit oder Abwesenheit des Verstärkungspolymeren und der AMPPD-Konzentration.In the above mechanism, n>>>m; n and m are a function of the presence or absence of the reinforcing polymer and the AMPPD concentration.
Der angeregte Zustand des Adamantanonsinglets in Aggregatform (n oder m > 1) kann höhere Ausbeuten an Signalemission ergeben, hier erneut insbesondere, wenn "stabilisiert", um mehr Licht zu emittieren, wie durch die Anwesenheit eines Chemilumineszenzverstärkers, wie BDMQ, als es dem angeregten Energiezustand des nichtaggregierten Adamantanons entspricht. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß das erstere niedrigere Singletzustände, niedrigere Ausbeuten von Intersystemkreuzungen oder langsamere Intersystemkreuzungen als das letztere zeigt, oder auf andere noch nicht bekannte Faktoren. Da Luminometer im allgemeinen so ausgebildet sind, daß sie alle Photonen nachweisen, unabhängig von ihrer Energie oder ihrer Wellenlänge, werden 415 nm- und 477 nm-Chemilumineszenz beide als Hintergrundgeräuschemissionen nachgewiesen. Ähnlich, wenn ein photographischer oder Röntgenfilm zur Aufzeichnung der Chemilumineszenz verwendet wird, kann eine Unterscheidung zwischen den unterschiedlichen Wellenlängenemissionen leicht gemacht werden, wodurch die Empfindlichkeit des Nachweises durch das Hintergrundgeräusch begrenzt wird.The excited state of the adamantanone singlet in aggregate form (n or m > 1) can give higher yields of signal emission, again especially when "stabilized" to emit more light, as by the presence of a chemiluminescence enhancer such as BDMQ, than the excited energy state of the nonaggregated adamantanone. This is presumably due to the former exhibiting lower singlet states, lower yields of intersystem crossings, or slower intersystem crossings than the latter, or other factors not yet known. Since luminometers are generally designed to detect all photons, regardless of their energy or wavelength, 415 nm and 477 nm chemiluminescence are both detected as background noise emissions. Similarly, if photographic or X-ray film is used to record the When chemiluminescence is used, discrimination between the different wavelength emissions can be easily made, limiting the sensitivity of detection by background noise.
Schließlich kann die beobachtete Aggregation von AMPPD bei den oben beschriebenen Bedingungen durch die amphiphile Natur von AMPPD oder seinem Phenolatanion und ähnlichen Molekülen hervorgerufen werden: Finally, the observed aggregation of AMPPD under the conditions described above may be caused by the amphiphilic nature of AMPPD or its phenolate anion and similar molecules:
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Zeit zu erniedrigen, die erforderlich ist, um Assays und insbesondere Bioassays durchzuführen, bei denen enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2-Dioxetane als Reportermoleküle verwendet werden. Erfindungsgemäß sollen neue und verbesserte enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2-Dioxetane zur Verfügung gestellt werden, die, wenn sie als Reportermoleküle in Assays und insbesondere Bioassays verwendet werden, die Zeit verringern, die erforderlich ist, um den Assay zu Ende zu führen.The present invention is therefore based on the object of reducing the time required to carry out assays and in particular bioassays in which enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetanes are used as reporter molecules. According to the invention, new and improved enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetanes are to be provided which, when used as reporter molecules in assays and in particular bioassays, reduce the time required to complete the assay.
Erfindungsgemäß sollen neue und verbesserte enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2-Dioxetane zur Verfügung gestellt werden, die als Substrate für Assays auf Enzymgrundlage und insbesondere Bioassays, verwendet werden können, die ein verbessertes Signal zu Hintergrundsverhalten und somit verbesserte Nachweisgehalte ergeben.It is an object of the invention to provide new and improved enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetanes that can be used as substrates for enzyme-based assays and in particular bioassays, which provide improved signal to background behavior and thus improved detection levels.
Erfindungsgemäß sollen neue Zwischenprodukte, die für die Synthese dieser verbesserten enzymatisch spaltbaren 1,2-Dioxetane nützlich sind, zur Verfügung gestellt werden. Erfindungsgemäß sollen Verfahren zur Herstellung dieser enzymatisch spaltbaren chemilumineszierenden 1,2-Dioxetane und ihrer Zwischenprodukte zur Verfügung gestellt werden. Dieses und anderes wird in der folgenden Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen näher erläutert und beschrieben.It is an object of the present invention to provide novel intermediates useful for the synthesis of these improved enzymatically cleavable 1,2-dioxetanes. It is an object of the present invention to provide processes for the preparation of these enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetanes and their intermediates. This and others are further explained and described in the following specification and in the appended claims.
Die Erfindung betrifft eine neue Klasse stabiler enzymatisch spaltbarer chemilumineszierender 3-(substituierte Adamant-2'-yliden)-1,2-dioxetanverbindungen, die in wässrigen Medien, beispielsweise in einer Probe einer biologischen Flüssigkeit in Lösung oder an einer festen Oberfläche, beispielsweise an einer Membranoberfläche, wie einer Nylonmembran, mit einem Enzym oder Enzymmodifizierten spezifischen Bindungspaar reagieren und optisch nachweisbare Energie freisetzen.The invention relates to a new class of stable enzymatically cleavable chemiluminescent 3-(substituted adamant-2'-ylidene)-1,2-dioxetane compounds which can be cleaved in aqueous media, for example in a sample of a biological fluid in solution or on a solid surface, for example on a membrane surface such as a nylon membrane, with an enzyme or enzyme-modified specific binding pair and release optically detectable energy.
Diese modifizierten Adamantylidendioxetane ermöglichen in wässrigen Medien Assays, bei denen sie als Reportermoleküle verwendet werden, wobei die Assays schneller und mit größerer Empfindlichkeit durchgeführt werden können als es in der Vergangenheit unter Verwendung von AMPPD möglich war.These modified adamantylidenedioxetanes enable assays in aqueous media using them as reporter molecules, with assays that can be performed more rapidly and with greater sensitivity than was possible in the past using AMPPD.
Obgleich die Anmelderin nicht auf irgendeinen Mechanismus oder eine Theorie festgelegt sein möchte, kann dieses unerwartete überlegene Verhalten dadurch erklärt werden, daß die Anwesenheit von Substituenten des hier beschriebenen Typs an oder in der Adamantylidengruppierung verhindert, daß sich die Dioxetanmoleküle wirksam verpacken bzw. wirksam verdichten, und somit verhindert wird; daß sie "stabilisierte" organische Verbundformen bilden, entweder in Form von Micellen oder in Form eines anderen aggregierten Zustands. Bestimmte dieser Substituenten können an andere Substanzen in ihrer wässrigen Umgebung über Wasserstoff gebunden sein, einschließlich Wasser selbst, wodurch weiter die Aggregatbildung verhindert wird. Es ist also möglich, daß elektronische und Dipolwirkungen zu diesem Phänomen beitragen, wie es aus den kürzeren t1/2-Zeiten und niedrigeren Hlntergrundgeräuschen hervorgeht.Although applicant does not wish to be bound by any mechanism or theory, this unexpected superior behavior can be explained by the fact that the presence of substituents of the type described here on or in the adamantylidene moiety prevents the dioxetane molecules from effectively packing and thus preventing them from forming "stabilized" organic composite forms, either in the form of micelles or in some other aggregated state. Certain of these substituents may be hydrogen bonded to other substances in their aqueous environment, including water itself, thereby further preventing aggregate formation. It is therefore possible that electronic and dipole effects contribute to this phenomenon, as indicated by the shorter t1/2 times and lower background noise.
Die Fig. 1-5 zeigen TSH, RLU gegen TSH für AMPPD und seine Brom-, B- Hydroxy-, A-Hydroxy- und Chloradamant-2'-ylidenanalogen, erhalten wie im folgenden Beispiel XII beschrieben.Figures 1-5 show TSH, RLU versus TSH for AMPPD and its bromo-, B-hydroxy-, A-hydroxy- and chloroadamant-2'-ylidene analogues obtained as described in Example XII below.
In den Fig. 6-10 werden die Gesamtlumineszenzemissionen, erhalten von AMPPD und seinen A-Hydroxy-, B-Hydroxy-, Chlor- und Bromadamant-2'-ylidenanalogen, erhalten gemäß Beispiel XIII, verglichen.In Figures 6-10, the total luminescence emissions obtained from AMPPD and its A-hydroxy-, B-hydroxy-, chloro- and bromoadamant-2'-ylidene analogues obtained according to Example XIII are compared.
In Fig. 11 ist die verbesserte Chemilumineszenzintensität dargestellt, erhalten unter Verwendung von Chloradamant-2'-ylidenanalog von AMPPD, verglichen mit AMPPD selbst als Reportermolekül bei einem Nukleinsäureassay; vergleiche folgendes Beispiel XIV.Figure 11 shows the improved chemiluminescence intensity obtained using chloroadamant-2'-ylidene analogue of AMPPD compared to AMPPD itself as a reporter molecule in a nucleic acid assay; see Example XIV below.
In Fig. 12 ist die Kinetik der Lichtemissionen, erhalten unter Verwendung des Chloradamant-2'-ylidenanalogen von AMPPD und AMPPD selbst als Reportermoleküle in einem Nukleinsäureassay, dargestellt; vergleiche folgendes Beispiel XVI.Figure 12 shows the kinetics of light emissions obtained using the chloroadamant-2'-ylidene analogue of AMPPD and AMPPD itself as reporter molecules in a nucleic acid assay; see Example XVI below.
Fig. 13 ist die Dosisansprechkurve bei fünf Minuten für eine alkalische Phosphataseverdünnung mit Chloradamant-2'-ylidenanalog von -AMPPD plus Poy[vinyl(benzyldimethylammoniumchlorid)] ("BDMQ"), dargestellt verglichen mit der Dosis-Ansprechkurve für fünf Minuten für AMPPD selbst plus BDMQ; vergleiche Beispiel XIX.Figure 13 is the dose response curve at five minutes for an alkaline phosphatase dilution with chloradamant-2'-ylidene analog of -AMPPD plus poly[vinyl(benzyldimethylammonium chloride)] ("BDMQ"), shown compared to the dose response curve at five minutes for AMPPD itself plus BDMQ; see Example XIX.
In Fig. 14 sind die Dosisansprechkurven bei 20 Minuten für die gleichen Substanzen dargestellt, deren Dosisansprechkurven in Fig. 13 gezeigt sind.Figure 14 shows the dose response curves at 20 minutes for the same substances whose dose response curves are shown in Figure 13.
Fig. 15 ist die Dosisansprechkurve nach 5 Minuten für alkalische Phosphataseverdünnung mit dem Chloradamant-2'-ylidenanalogen von AMPPD plus BDMQ-Fluorescein ("Emerald"), verglichen mit der Dosisansprechkurve bei fünf Minuten für AMPPD selbst plus Emerald; vergleiche das folgende Beispiel XIX.Fig. 15 is the dose response curve after 5 minutes for alkaline phosphatase dilution with the chloradamant-2'-ylidene analogue of AMPPD plus BDMQ-fluorescein ("Emerald") compared to the dose response curve at five minutes for AMPPD itself plus Emerald; see Example XIX below.
Fig. 16 zeigt die Dosisansprechkurven bei 20 Minuten für die gleichen Substanzen, deren Dosisansprechkurven in Fig. 15 dargestellt sind.Fig. 16 shows the dose response curves at 20 minutes for the same substances whose dose response curves are shown in Fig. 15.
Fig. 17 zeigt TPA-Sequenzbilder, erhalten wie in dem folgenden Beispiel XX beschrieben, unter Verwendung von (1) AMPPD und (2) AMPPD's Chloradamant-2'-ylidenanalog.Figure 17 shows TPA sequence images obtained as described in Example XX below using (1) AMPPD and (2) AMPPD's chloroadamant-2'-ylidene analogue.
Fig. 18 zeigt die Signale, die wie in Beispiel XII, unter Verwendung von (1) AMPPD und (2) substituierten erfindungsgemäßen Analogen erhalten werden.Figure 18 shows the signals obtained as in Example XII using (1) AMPPD and (2) substituted analogs of the invention.
Fig. 19 zeigt die graphische Darstellung des Chemilumineszenzsignals, erhalten gemäß Beispiel XXVII, erhalten mit (1) AMPPD und (2) Cl-AMPPD.Figure 19 shows the graphical representation of the chemiluminescence signal obtained according to Example XXVII obtained with (1) AMPPD and (2) Cl-AMPPD.
Fig. 20 zeigt die Belichtung, erhalten gemäß Beispiel XXVIX für den Nachweis von pBR322 Plasmid DNA, unter Verwendung von sowohl (1) AMPPD als auch (2) Cl-AMPPD.Figure 20 shows the exposure obtained according to Example XXVIX for the detection of pBR322 plasmid DNA using both (1) AMPPD and (2) Cl-AMPPD.
Fig. 21 gibt die Belichtungen für den Nachweis von pBR322 entsprechend Beispiel XXX unter Verwendung von (1) AMPPD, (2) Cl-AMPPD und (3) Br-AMPPD an.Figure 21 gives the exposures for the detection of pBR322 according to Example XXX using (1) AMPPD, (2) Cl-AMPPD and (3) Br-AMPPD.
Fig. 22 ist eine graphische Darstellung des Chemilumineszenzsignals, erhalten gemäß Beispiel!!XXXI, dargestellt als Funktion der Zeit für sowohl (1) AMPPD als auch (2) Cl- AMPPD.Figure 22 is a graphical representation of the chemiluminescence signal obtained according to Example!!XXXI, plotted as a function of time for both (1) AMPPD and (2) Cl- AMPPD .
Die Fig. 23 und 30 zeigen die Belichtungen, erhalten gemäß den Beispielen!!XXXII und XXXIV beim Nachweis von humanem Transferrin für AMPPD, Cl-AMPPD und Br- AMPPD.Figures 23 and 30 show the exposures obtained according to Examples!!XXXII and XXXIV in the detection of human transferrin for AMPPD, Cl-AMPPD and Br- AMPPD.
Fig. 24 ist ein Vergleich in den Signalen, erhalten gemäß Beispiel XXXV, wobei AMPPD, Cl-AMPPD, Br-AMPPD und LumiPhos 530 verglichen werden.Figure 24 is a comparison in the signals obtained according to Example XXXV comparing AMPPD, Cl-AMPPD, Br-AMPPD and LumiPhos 530.
In den Fig. 25 und 26 werden die Bilder verglichen, die gemäß dem Beispiel XXXVI unter Verwendung von AMPPD und Cl-AMPPD erhalten wurden.Figures 25 and 26 compare the images obtained according to Example XXXVI using AMPPD and Cl-AMPPD.
In den Fig. 27 und 28 werden die Belichtungen, erhalten gemäß den Beispielen XXXVIII und XXXIX mit den Belichtungen, erhalten gemäß AMPPD, Cl-AMPPD und Br- AMPPD, verglichen.In Figures 27 and 28, the exposures obtained according to Examples XXXVIII and XXXIX are compared with the exposures obtained according to AMPPD, Cl-AMPPD and Br-AMPPD.
Fig. 29 zeigt den Chemilumineszenznachweis von humanem Transferrin gemäß Beispiel 40, verglichen mit AMPPD, Cl-AMPPD und Br-AMPPD.Fig. 29 shows the chemiluminescence detection of human transferrin according to Example 40 compared with AMPPD, Cl-AMPPD and Br-AMPPD.
Die neuen erfindungsgemäßen chemilumineszierenden 3-(substituiertes Adamant-2'- yliden)-1,2-dioxetane können durch die allgemeine Formel: The new chemiluminescent 3-(substituted adamant-2'-ylidene)-1,2-dioxetanes according to the invention can be represented by the general formula:
dargestellt werden,being represented,
worin X und X¹ je einen Substituenten in den 5'- und 7'-Stellungen des Adamant-2'- ylidensubstituenten bedeuten, der individuell Wasserstoß eine Hydroxylgruppe, einen Halogensubstituenten, eine -O(CH&sub2;)nCH&sub3;-Gruppe, worin n = 0-19 bedeutet, eine Hydroxy(niedrig)- allcylgruppe, eine Halogen(niedrig)alkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine Halogenphenylgruppe, eine Alkoxyphenylgruppe, eine Hydroxyalkoxygruppe, eine Cyanogruppe, eine Carboxylgruppe oder eine Amidogruppe bedeutet, wobei mindestens einer der Substituenten X und X¹ eine andere Bedeutung als Wasserstoffbesitzt; undwherein X and X¹ each represent a substituent in the 5'- and 7'-positions of the adamant-2'-ylidene substituent, which individually represents a hydroxyl group, a halogen substituent, a -O(CH₂)nCH₃ group, wherein n = 0-19, a hydroxy(lower)alkyl group, a halo(lower)alkyl group, a phenyl group, a halophenyl group, an alkoxyphenyl group, a hydroxyalkoxy group, a cyano group, a carboxyl group or an amido group, wherein at least one of the substituents X and X¹ has a significance other than hydrogen; and
R&sub1; und R&sub2; individuell oder zusammen einen organischen Substituenten bedeuten, der die Lichtbildung nicht stört, wenn die Dioxetanverbindung enzymatisch gespalten wird, und der den Wertigkeiten des 4-Kohlenstoffatoms der Dioxetanverbindung genügt, mit den Maßgaben, daß wenn R&sub1; und R&sub2; individuelle Substituenten bedeuten, der R&sub2;-Substituent ein aromatischer, heteroaromatischer, oder ein ungesättigter Substituent in Konjugation mit einem aromatischen Ring ist, und daß mindestens einer der Substituenten R&sub1; und R&sub2; oder R&sub1; und R&sub2; zusammen eine fluoreszierende chromophore Gruppe, die mit einer enzymatischen spaltbaren labilen Gruppe substituiert ist, die lumineszent wird, wenn der enzymatisch spaltbare labile Substituent davon durch ein Enzym entfernt wird, bedeuten.R₁ and R₂ individually or together represent an organic substituent which does not interfere with the generation of light when the dioxetane compound is enzymatically cleaved and which satisfies the valences of the 4-carbon atom of the dioxetane compound, with the provisos that when R₁ and R₂ represent individual substituents, the R₂ substituent is an aromatic, heteroaromatic, or an unsaturated substituent in conjugation with an aromatic ring, and that at least one of the substituents R₁ and R₂ or R₁ and R₂ together represent a fluorescent chromophoric group substituted with an enzymatically cleavable labile group which becomes luminescent when the enzymatically cleavable labile substituent is removed therefrom by an enzyme.
Wenn die Adamantylidengruppe mit einem der zuvor erwähnten Substituenten, ausgenommen Wasserstoff, monosubstituiert ist, wird ein Gemisch der syn- und anti-Isomeren erhalten, wenn diese Verbindungen synthetisiert werden. In bestimmten Fällen, beispielsweise für Monojod-substituierte Adamantylidendioxetane, wird ein Isomeres eine größere Chemilumineszenzintensität bei der Zersetzung zeigen als das andere. In anderen Fällen, beispielsweise bei den Monohydroxy-substituierten Adamantylidendioxetanen, werden die beiden Isomeren äquivalent oder fast so in ihren Chemilumineszenzeigenschaften, wie der Intensität, sein. In jedem Fall können die Isomeren, bevor sie verwendet werden, beispielsweise als Reportermoleküle in Bioassays, verwendet werden durch Verfahren, wie sie in US 5 342 966 beschrieben werden, getrennt werden, oder sie können als chromatographierte isomere Gemische ohne Trennung verwendet werden.When the adamantylidene group is monosubstituted with any of the previously mentioned substituents, except hydrogen, a mixture of syn and anti isomers will be obtained when these compounds are synthesized. In certain cases, for example for monoiodo-substituted adamantylidenedioxetanes, one isomer will show a greater chemiluminescence intensity upon decomposition than the other. In other cases, for example for the monohydroxy-substituted adamantylidenedioxetanes, the two isomers will be equivalent or nearly so in their chemiluminescence properties, such as intensity. In any case, before being used, for example as reporter molecules in bioassays, the isomers can be separated by methods such as those described in US 5,342,966, or they can be used as chromatographed isomeric mixtures without separation.
Dioxetane, deren Adamantylidensubstituenten weiter mit zwei der zuvor erwähnten Substituenten ausgenommen Wasserstoff (X plus X¹ ≠ Wasserstoff) substituiert sind, zeigen keine syn-/anti-Isomerie, obgleich natürlich Stellungsisomere möglich sind, wenn zwei unterschiedliche Substituenten vorhanden sind, beispielsweise 5'-Hydroxy-T-chlor- und 5'-Chlor-7me hydroxy-substituierte Adamantylidendioxetane.Dioxetanes whose adamantylidene substituents are further substituted with two of the previously mentioned substituents excluding hydrogen (X plus X¹ ≠ hydrogen) do not show syn/anti isomerism, although of course positional isomers are possible when two different substituents are present, for example 5'-hydroxy-T-chloro- and 5'-chloro-7me-hydroxy-substituted adamantylidenedioxetanes.
Die Symbole R&sub1; und R&sub2; können irgendeinen der Substituenten an dem 4- Kohlenstoffatom des Dioxetanrings bedeuten, wie in WO 88/00695, US 5 089 630, WO 89/06226, US 4 952 707, US 5 145 772 und US 5 342 966, wie oben erwähnt, beschrieben, so lange, wie R&sub1; und R&sub2; individuelle Substituenten bedeuten, der R&sub2;-Substituent ein aromatischer, heteroaromatischer oder ungesättigter Substituent in Konjugation mit dem aromatischen Ring ist, und mindestens einer der Substituenten R&sub1; und R&sub2; oder R&sub1; und R&sub2; zusammen eine fluoreszenzchromophore Gruppe mit einer enzymatisch spaltbaren labilen Gruppe substituiert ist bzw. sind, die eine lumineszierende Substanz ergibt bzw. ergeben, wenn der enzymatisch entfernbare labile Substituent davon durch ein Enzym entfernt wird.The symbols R₁ and R₂ may represent any of the substituents on the 4-carbon atom of the dioxetane ring as described in WO 88/00695, US 5,089,630, WO 89/06226, US 4,952,707, US 5,145,772 and US 5,342,966 mentioned above, as long as R₁ and R₂ represent individual substituents, the R₂ substituent is an aromatic, heteroaromatic or unsaturated substituent in conjugation with the aromatic ring, and at least one of the substituents R₁ and R₂ or R₁ and R₂ together a fluorescence chromophore group is or are substituted with an enzymatically cleavable labile group which yields or yields a luminescent substance when the enzymatically removable labile substituent is removed therefrom by an enzyme.
So kann beispielsweise das Symbol R&sub1; Wasserstoff bedeuten oder eine Bindung bedeuten, wenn R&sub2; einen Substituent bedeutet, der an den Dioxetanring über eine Spirobindung gebunden ist, oder einen organischen Substituent bedeutet, der nicht die Lichtbildung stört, und der der Wertigkeit des Dioxetanringkohlenstoffatoms an das er gebunden ist, genügt, was ein vierwertiges Dioxetanringkohlenstoffatom ergibt, wie eine Alkyl-, eine Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl-, Cycloalkyl- oder Cycloheteroalklygruppe ergibt, beispielsweise eine geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis einschließlich 7 Kohlenstoffatomen; eine geradkettige oder verzweigtkettige Hydroxyalkylgruppe mit 1 bis einschließlich 7 Kohlenstoffatomen, eine -OR- Gruppe, worin R eine C&sub1;-C&sub2;&sub0; nichtverzweigte oder verzweigte unsubstituierte oder substituierte, gesättigte oder ungesättigte Alkyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Aryl-, Aralkyl- oder Aralkenylgruppe bedeutet, wovon jede zusätzlich an R&sub2; kondensiert sein kann, so daß das emittierende Fragment einen Lactonring enthält, oder eine N-, O- oder S-Heteroatom-enthaltende Gruppe, oder eine enzymspaltbare Gruppe, direkt gebunden an das 4-Kohlenstoffatom des Dioxetanrings, oder an eine der anderen zuvor erwähnten R&sub1;-Gruppen, die eine Bindung enthält, die durch ein Enzym spaltbar ist, wobei entweder direkt oder durch nachfolgende Einstellung des pH eine elektronenreiche Gruppierung, beispielsweise ein Sauerstoffanion, ein Schwefelanion oder ein Stickstoffanion (das letztere kann beispielsweise ein Oxim- oder ein Amidoanion, wie ein Sulfonamidoanion sein) gebunden an den Dioxetanring, gebildet wird. Bevorzugt bedeutet R&sub1; eine Alkoxygruppe und insbesondere eine Methoxygruppe, wenn R&sub2; einfach an das 4- Kohlenstoffatom des Dioxetans gebunden ist.For example, the symbol R1 may represent hydrogen or a bond when R2 represents a substituent which is bonded to the dioxetane ring via a spiro bond, or represents an organic substituent which does not interfere with the formation of light and which satisfies the valence of the dioxetane ring carbon atom to which it is bonded, giving a tetravalent dioxetane ring carbon atom, such as an alkyl, an aryl, aralkyl, heteroaryl, cycloalkyl or cycloheteroalkyl group, for example a straight-chain or branched-chain alkyl group having 1 to 7 carbon atoms inclusive; a straight-chain or branched-chain hydroxyalkyl group having 1 to 7 carbon atoms inclusive, an -OR- group wherein R represents a C1-C20 group. unbranched or branched unsubstituted or substituted, saturated or unsaturated alkyl, cycloalkyl, cycloalkenyl, aryl, aralkyl or aralkenyl group, each of which is additionally attached to R₂; may be condensed so that the emitting fragment contains a lactone ring, or an N-, O- or S-heteroatom-containing group, or an enzyme-cleavable group directly bonded to the 4-carbon atom of the dioxetane ring, or to one of the other R₁ groups mentioned above containing a bond cleavable by an enzyme, thereby forming, either directly or by subsequent adjustment of the pH, an electron-rich moiety, for example an oxygen anion, a sulfur anion or a nitrogen anion (the latter may be, for example, an oxime or an amido anion such as a sulfonamido anion) bonded to the dioxetane ring. Preferably R₁ represents an alkoxy group and in particular a methoxy group when R₂ is singly bonded to the 4-carbon atom of the dioxetane.
Das Symbol R&sub2; kann ebenfalls irgendeinen organischen Substituenten bedeuten, der die Lichtbildung nicht stört und der der Wertigkeit des 4-Kohlenstoffatoms des Dioxetanrings, an das er gebunden ist, genügt. Bevorzugt wird R&sub2; irgendeine Zahl von lichtemittierenden Fluorophor-bildenden fluoreszierenden chromophoren Gruppen bedeuten, die ermöglichen, daß die entsprechenden Dioxetanzersetzungsfragmente Energie absorbieren, und einen angeregten Zustand bilden, aus dem sie optisch nachweisbare Energie emittieren, und auf ihren Grundzustand zurückkehren, substituiert mit einer enzymspaltbaren Gruppe, die eine Bindung enthält, die durch ein Enzym spaltbar ist, wobei entweder direkt oder durch nachfolgende Einstellung des pH eine elektronenreiche Gruppierung erneut beispielsweise ein Sauerstoffanion, ein Schwefelanion oder ein Stickstoffanion, gebunden an den Dioxetanring, gebildet wird.The symbol R₂ may also represent any organic substituent which does not interfere with the light generation and which satisfies the valence of the 4-carbon atom of the dioxetane ring to which it is attached. Preferably, R₂ will represent any number of light-emitting fluorophore-forming fluorescent chromophoric groups which enable the corresponding dioxetane decomposition fragments absorb energy and form an excited state from which they emit optically detectable energy and return to their ground state, substituted with an enzyme-cleavable group containing a bond cleavable by an enzyme, thereby forming, either directly or by subsequent adjustment of the pH, an electron-rich moiety, for example an oxygen anion, a sulfur anion or a nitrogen anion, bound to the dioxetane ring.
So kann beispielsweise das Symbol R&sub2; alleine (oder zusammen mit dem Symbol R&sub1; einen Substituenten, spirogebunden an das 4-Kohlenstoffatom des Dioxetanrings) fluoreszierende chromophore Gruppen bedeuten, wie:For example, the symbol R₂ alone (or together with the symbol R₁ a substituent spiro-bonded to the 4-carbon atom of the dioxetane ring) can represent fluorescent chromophoric groups such as:
- Phenyl und Phenylderivate;- Phenyl and phenyl derivatives;
- Naphthalin und Naphthalinderivate, beispielsweise 5-Dimethylaminonaphthalin-1- sulfonsäure und Hydroxynaphthaline;- naphthalene and naphthalene derivatives, for example 5-dimethylaminonaphthalene-1-sulfonic acid and hydroxynaphthalenes;
- Anthracen und Anthracenderivate, beispielsweise 9, 10-Diphenylanthracen, 9- Methylanthracen, 9-Anthracencarboxaldehyd, Anthrylalkohole und 9-Phenylanthracen;- anthracene and anthracene derivatives, for example 9, 10-diphenylanthracene, 9-methylanthracene, 9-anthracenecarboxaldehyde, anthryl alcohols and 9-phenylanthracene;
- Rhodamin und Rhodaminderivate, beispielsweise Rhodole, Tetramethylrhodamin, Tetraethylrhodamin, Diphenylmethylrhodamin, Diphenyldiethykhodamin und Dinaphthylrhodamin- Rhodamine and rhodamine derivatives, such as rhodole, tetramethylrhodamine, tetraethylrhodamine, diphenylmethylrhodamine, diphenyldiethyrhodamine and dinaphthylrhodamine
- Fluorescein und Fluoresceinderivate, beispielsweise 5-Iodacetamidofluorescein, 6- Iodacetamidofluorescein und Fluorescein-5-maleimid;- fluorescein and fluorescein derivatives, for example 5-iodoacetamidofluorescein, 6-iodoacetamidofluorescein and fluorescein-5-maleimide;
- Cumann und Cumarinderivate, beispielsweise 7-Dialkylamino-4-methylcumann, 4- Brommethyl-7-methoxycumann und 4-Brommethyl-7-hydroxycumann;- coumarin and coumarin derivatives, for example 7-dialkylamino-4-methylcoumarin, 4-bromomethyl-7-methoxycoumarin and 4-bromomethyl-7-hydroxycoumarin;
- Erythrosin und Erythrosinderivate, beispielsweise Hydroxyerythrosine, Erythrosyn-5- iodacetamid und Erythrosyn-5-maleimid;- Erythrosine and erythrosine derivatives, for example hydroxyerythrosine, erythrosyn-5-iodoacetamide and erythrosyn-5-maleimide;
- Acridin und Acridinderivate, beispielsweise Hydroxyacridine und 9-Methylacridin;- Acridine and acridine derivatives, such as hydroxyacridine and 9-methylacridine;
- Pyren und Pyrenderivate, beispielsweise N-(1-Pyren)iodacetamid, Hydroxypyrene und 1-Pyrenmethyliodacetat;- Pyrene and pyrene derivatives, for example N-(1-pyrene)iodoacetamide, hydroxypyrene and 1-pyrenemethyliodoacetate;
- Stilben und Stilbenderivate, beispielsweise 6,6'-Dibromstilben und Hydroxystilbene;- stilbene and stilbene derivatives, for example 6,6'-dibromostilbene and hydroxystilbenes;
- Nitrobenzoxadiazole und Nitrobenzoxadiazolderivate, beispielsweise Hydroxynitrobenzoxadiazole, 4-Chlor-7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol, 2-(7 Nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4- yl)methylamino-acetaldehyd und 6-(7'-Nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)aminohexansäure;- Nitrobenzoxadiazoles and nitrobenzoxadiazole derivatives, for example hydroxynitrobenzoxadiazoles, 4-chloro-7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazole, 2-(7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)methylamino-acetaldehyde and 6-(7'-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)aminohexanoic acid;
- Chinolin und Chinolinderiväte, beispielsweise 6-Hydroxychinolin und 6-Aminochinolin;- Quinoline and quinoline derivatives, for example 6-hydroxyquinoline and 6-aminoquinoline;
- Acridin und Acridinderivate, beispielsweise N-Methylacridin und N-Phenylacridin;- acridine and acridine derivatives, for example N-methylacridine and N-phenylacridine;
- Acidoacridin und Acidoacridinderivate, beispielsweise 9-Methylacidoacridin und Hydroxy-9-methylacidoacridin;- Acidoacridine and acidoacridine derivatives, for example 9-methylacidoacridine and hydroxy-9-methylacidoacridine;
- Carbazol und Carbazolderivate, beispielsweise N-Methylcarbazol und Hydroxy-N- methylcarbazol;- Carbazole and carbazole derivatives, for example N-methylcarbazole and hydroxy-N-methylcarbazole;
- fluoreszierende Cyanine, beispielsweise DCM (ein Laserfarbstoff), Hydroxycyanine, 1,6-Diphenyl-1,3,5-Hexatrien, 1-(4-Dimethylaminophenyl)-6-phenylhexatrien und die entsprechenden 1,3-Butadiene;- fluorescent cyanines, for example DCM (a laser dye), hydroxycyanines, 1,6-diphenyl-1,3,5-hexatriene, 1-(4-dimethylaminophenyl)-6-phenylhexatriene and the corresponding 1,3-butadienes;
- Carbocyanine und Carbocyaninderivate, beispielsweise Phenylcarbocyanin und Hydroxycarbocyanine;- carbocyanines and carbocyanine derivatives, for example phenylcarbocyanine and hydroxycarbocyanines;
- Pyridiniumsalze, beispielsweise 4-(4-Dialkyldiaminostyryl)-N-methylpyridiniumiodat und Hydroxy-substituierte Pyridiniumsalze;- Pyridinium salts, for example 4-(4-dialkyldiaminostyryl)-N-methylpyridinium iodate and hydroxy-substituted pyridinium salts;
- Oxonole; und- Oxonols; and
Resorofine und Hydroxyresorofine.Resorofine and hydroxyresorofine.
Das Symbol R&sub2; kann zusammen mit dem Symbol R&sub1; ebenfalls eine kondensierte fluoreszierende chromophore Gruppe, gebunden an das 4-Kohlenstoffatom des Dioxetanrings, über eine Spirobindung mit der allgemeinen Formel: The symbol R₂ together with the symbol R₁ may also represent a condensed fluorescent chromophoric group bonded to the 4-carbon atom of the dioxetane ring via a spiro bond with the general formula:
der der Substituenten R&sub4;, R&sub5; und R&sub6; unabhängig Wasserstoff, eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis einschließlich 20 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Methyl, n-Butyl oder Decyl, eine verzweigte oder geradkettige Heteroalkylgruppe mit 1 bis einschließlich 7 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Methoxy, Hydroxyethyl oder Hydroxypropyl; eine Arylgruppe mit 1 oder 2 Ringen, beispielsweise Phenyl, Naphthyl oder Anthryl; eine Heteroarylgruppe mit 1 oder 2 Ringen, beispielsweise Pyrrolyl oder Pyrazolyl; eine Cycloalkylgruppe mit 3 bis einschließlich 7 Kohlenstoffatomen im Ring, beispielsweise Cyclohexyl; eine Heterocycloalkylgruppe mit 3 bis einschließlich 6 Kohlenstoffatomen im Ring, beispielsweise Dioxan; eine Aralkylgruppe mit 1 oder 2 Ringen, beispielsweise Benzyl; oder eine Alkarylgruppe mit 1 oder 2 Ringen, beispielsweise Tolyl bedeuten; und jedes R&sub3; unabhängig Wasserstoff; eine elektronenabziehende Gruppe, wie eine Perfluoralkylgruppe mit 1 und einschließlich 7 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Trifluormethyl; ein Halogen; CO&sub2;H, -ZCO&sub2;H, -SO&sub3;H, ZSO&sub3;H, NO&sub2;, ZNO&sub2;, -C N, oder -Z&sub1;C N, worin Z eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis einschließlich 7 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Methyl, bedeutet; eine Arylgruppe mit 1 oder 2 Ringen, beispielsweise Phenyl, bedeutet; eine elektronenliefernde Gruppe, beispielsweise eine verzweigte oder geradkettige C&sub1;-C&sub7;-Alkoxygruppe, beispielsweise Methoxy oder Ethoxy bedeutet; eine Aralkoxygruppe mit 1 oder 2 Ringen, beispielsweise Phenoxy; eine verzweigte oder geradkettige C&sub1;-C&sub7;-Hydroxyalkylgruppe, beispielsweise Hydroxymethyl oder Hydroxyethyl; eine Hydroxyarylgruppe mit 1 oder 2 Ringen, beispielsweise Hydroxyphenyl; eine verzweigte oder geradkettige C&sub1;-C&sub7;-Alkylestergruppe, beispielsweise Acetat; eine Arylestergruppe mit 1 oder 2 Ringen, beispielsweise Benzoat; oder eine Heteroarylgruppe mit 1 oder 2 Ringen, beispielsweise Benzoxazol, Benzthiazol, Benzimidazol oder Benztriazol bedeutet. Weiterhin können zwei oder mehr der R&sub3;-Gruppen einen kondensierten Ring oder Ringe bilden, die selbst unsubstituiert oder substituiert sein können.the substituents R₄, R₅ and R₆ independently represent hydrogen, a branched or straight-chain alkyl group having 1 to 20 carbon atoms inclusive, for example methyl, n-butyl or decyl, a branched or straight-chain heteroalkyl group having 1 to 7 carbon atoms inclusive, for example methoxy, hydroxyethyl or hydroxypropyl; an aryl group having 1 or 2 rings, for example phenyl, naphthyl or anthryl; a heteroaryl group having 1 or 2 rings, for example pyrrolyl or pyrazolyl; a cycloalkyl group having 3 to 7 carbon atoms inclusive in the ring, for example cyclohexyl; a heterocycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms inclusive in the ring, for example dioxane; an aralkyl group having 1 or 2 rings, for example benzyl; or an alkaryl group having 1 or 2 rings, for example tolyl; and each R₃ independently represent hydrogen; an electron withdrawing group, such as a perfluoroalkyl group having 1 to 7 carbon atoms inclusive, for example trifluoromethyl; a halogen; CO₂H, -ZCO₂H, -SO₃H, ZSO₃H, NO₂, ZNO₂, -CN, or -Z₁CN, wherein Z is a branched or straight-chain alkyl group having 1 to 7 carbon atoms inclusive, for example methyl; an aryl group having 1 or 2 rings, for example phenyl; an electron donating group, for example a branched or straight-chain C₁-C₇ alkoxy group, for example methoxy or ethoxy; an aralkoxy group having 1 or 2 rings, for example phenoxy; a branched or straight-chain C₁-C₇ hydroxyalkyl group, for example hydroxymethyl or hydroxyethyl; a hydroxyaryl group having 1 or 2 rings, for example hydroxyphenyl; a branched or straight chain C₁-C₇ alkyl ester group, for example acetate; an aryl ester group having 1 or 2 rings, for example benzoate; or a heteroaryl group having 1 or 2 rings, for example benzoxazole, benzothiazole, benzimidazole or benzotriazole. Furthermore, two or more of the R₃ groups may form a fused ring or rings, which may themselves be unsubstituted or substituted.
Das Symbol R&sub2;, alleine oder zusammen mit dem Symbol R&sub1;, kann ebenfalls eine besondere Klasse von Fluorophorgruppierungen bedeuten, die einen kondensierten polycyclischen Ring enthalten, mit einem labilen Ringsubstituenten, der eine Bindung enthält, die beim Spalten bewirkt, daß die kondensierte polycyclische Gruppierung elektronenreich wird, und ihrerseits die Dioxetanverbindung zersetzbar macht, um Licht zu emittieren. Die Glieder dieser Klasse sind solche, in denen der Bindungspunkt des labilen Ringsubstituenten an den kondensierten polycyclischen Ring, bezogen auf diesen Teil bzw. Teile der Ringe der Bindung an den Dioxetanring (einfache Bindung, oder wenn R&sub1; eine Bindung bedeutet, eine Spirobindung) so ausgeprägt ist, daß die Gesamtzahl der Ring-sp²-Atome, die diese Bindungspunkte trennen, einschließlich der sp²-Ringkohlenstoffatome an den Bindungsstellen eine ungerade ganze Zahl ist; vergleiche US 4 952 707.The symbol R2, alone or together with the symbol R1, can also represent a special class of fluorophore moieties containing a fused polycyclic ring having a labile ring substituent containing a bond which, when cleaved, causes the fused polycyclic moiety to become electron rich and in turn renders the dioxetane compound decomposable to emit light. The members of this class are those in which the point of attachment of the labile ring substituent to the fused polycyclic ring, relative to that part or parts of the rings of the bond to the dioxetane ring (single bond, or when R1 represents a bond, a spiro bond) is so distinct that the total number of ring sp2 atoms separating these bond points, including the sp2 ring carbon atoms at the bond sites, is an odd integer; compare US 4 952 707.
Umfaßt von den kondensierten polycyclischen Ringverbindungen, deren Reste zur Bildung der Fluorophorgruppierung verwendet werden können, sind die kondensierten polycyclischen aromatischen fluorphorischen Kohlenwasserstoffringverbindungen, die oben erwähnt wurden, und insbesondere solche, die 9 bis etwa einschließlich 30 Ringkohlenstoffatome enthalten, wie Naphthalin: Included among the fused polycyclic ring compounds whose residues can be used to form the fluorophore moiety are the fused polycyclic aromatic fluorophoric hydrocarbon ring compounds mentioned above, and particularly those containing from 9 to about 30 ring carbon atoms inclusive, such as naphthalene:
wobei die Substituentenbindungen ein 1,6-Substitutionsmuster anzeigen, wie in Dinatrium-6-(4-methoxyspiro [1,2-dioxetan-3,2'-(5'-hydroxy)tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)-1- naphthalenylphosphat, Pentalen, Azulen, Heptalen, as-Indacen; s-Indacen, Biphenylen, Perylen, Acenaphthylen, Phenanthren, Anthracen, Acephenanthrylen, Aceanthrylen, Triphenylen, Pyren, Chrysol, Naphthacen und ähnliche, die auch die Derivate davon, die mit einem oder mehreren nichtlabilen Substituenten, wie sie oben als Beispiele für die Symbole R&sub3;, R&sub4; und R&sub5; erwähnt wurden, substituiert sind.wherein the substituent bonds indicate a 1,6-substitution pattern as in disodium 6-(4-methoxyspiro[1,2-dioxetane-3,2'-(5'-hydroxy)tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)-1- naphthalenyl phosphate, pentalene, azulene, heptalene, as-indacene; s-indacene, biphenylene, perylene, acenaphthylene, phenanthrene, anthracene, acephenanthrylene, aceanthrylene, triphenylene, pyrene, chrysol, naphthacene and the like, which also include the derivatives thereof substituted with one or more nonlabile substituents as mentioned above as examples for the symbols R₃, R₄ and R₅.
Der kondensierte polycyclische Ringteil von solchen mit "ungeraden Mustern substituierte" Fluorphorgruppierungen, dargestellt durch R&sub2; alleine oder zusammen mit R&sub1;, kann ebenfalls der Rest von nichtaromatischen" d. h. weniger vollaromatischen kondensierten polycyclischen Kohlenwasserstoffring-fluorophoren Verbindungen sein mit einem labilen Ringsubstituenten, der eine Bindung enthält, die beim Spalten die kondensierte weniger voll aromatische polycyclische Gruppierung elektronenreich macht, die ihrerseits die Dioxetanverbindung unter Lichtemittierung zersetzbar macht, unsubstituiert oder substituiert mit einem oder mehreren der zuvor erwähnten nichtlabilen Substituenten, und enthaltend 10 bis etwa einschließlich 30 Ringkohlenstoffatomen, wie Fluoren, 3,4-Dihydro-3,3-dimethylnaphthalin, Dibenzosuberen, 9,10- Dihydrophenanthren, Inden, Indeno[1,2-a]inden, Phenalen, Fluoranthren und ähnliche.The fused polycyclic ring portion of such "odd pattern substituted" fluorophore moieties represented by R₂ alone or together with R₁ may also be the residue of nonaromatic" ie less fully aromatic fused polycyclic hydrocarbon ring fluorophore compounds having a labile ring substituent which containing a bond which, upon cleavage, renders the condensed less fully aromatic polycyclic moiety electron-rich, which in turn renders the dioxetane compound decomposable with light emission, unsubstituted or substituted with one or more of the aforementioned non-labile substituents, and containing 10 to about 30 ring carbon atoms inclusive, such as fluorene, 3,4-dihydro-3,3-dimethylnaphthalene, dibenzosuberene, 9,10-dihydrophenanthrene, indene, indeno[1,2-a]indene, phenalene, fluoranthrene and the like.
Der kondensierte polycyclische Ringteil der Fluorphorgruppierungen, dargestellt durch R&sub2; alleine oder zusammen mit R&sub1;, kann ebenfalls der Rest einer kondensierten polycyclischen heteroaromatischen oder weniger als voll aromatischen-kondensierte-Ring-heterocyclisch-fluorophorbildenden Gruppe sein, beispielsweise Dibenzothiophen, Dibenzofuran, 2,2-Dimethyl-2Hchromen, Xanthen, Piperidin, Chinolin, Isochinolin, Phenanthridin, Carbostyryl, Phenoxazin, Phenothiazin, Phenanthrolin, Purin, Phthalazin, Naphthyridin, N-Acylindol, Chroman, Isochroman, N-Acylindolin, Isoindolin und ähnliche, unsubstituiert oder substituiert mit einem oder mehreren der zuvor erwähnten nichtlabilen Substituenten und enthaltend 9 bis etwa einschließlich 30 Ringatome, wobei die Masse davon Kohlenstoffatome sind.The fused polycyclic ring portion of the fluorophore moieties represented by R₂ alone or together with R₁, may also be the residue of a fused polycyclic heteroaromatic or less than fully aromatic fused ring heterocyclic fluorophore forming group, for example dibenzothiophene, dibenzofuran, 2,2-dimethyl-2Hchromene, xanthene, piperidine, quinoline, isoquinoline, phenanthridine, carbostyryl, phenoxazine, phenothiazine, phenanthroline, purine, phthalazine, naphthyridine, N-acylindole, chromane, isochroman, N-acylindoline, isoindoline and the like, unsubstituted or substituted with one or more of the aforementioned non-labile substituents and containing from 9 to about 30 ring atoms inclusive, the majority of which are carbon atoms.
Eine bevorzugte enzymatisch entfernbare Gruppe mit der mindestens einer von R&sub1; und R&sub2; substituiert ist, ist eine Phosphatgruppe, insbesondere eine Phosphatestergruppe, dargestellt durch die allgemeine Formel: A preferred enzymatically removable group with which at least one of R₁ and R₂ is substituted is a phosphate group, particularly a phosphate ester group, represented by the general formula:
worin M&spplus; ein Kation, wie ein Alkalimetall, beispielsweise Natrium oder Kalium, Ammonium oder ein C&sub1;-C&sub7;-Alkyl, Aralkyl oder ein aromatisches quaternäres Ammoniumkation, N(R&sub7;)&spplus;&sub4;, wobei R&sub7; Alkyl, beispielsweise Methyl oder Ethyl, Aralkyl, beispielsweise Benzyl, bedeutet, oder den Teil eines heterocyclischen Ringsystems, beispielsweise Pyridinium, bedeutet. Das Dinatriumsalz ist besonders bevorzugt. Solche Phosphatestergruppen können unter Verwendung eines Enzyms, wie alkalischer Phosphatase; unter Bildung von Sauerstoffanionensubstituierten Gruppen, die ihrerseits das Dioxetan destabilisieren, mit Spaltung seiner Sauerstoff Sauerstoff Bindung unter Lichtbildung gespalten werden. Die quaternären Ammoniumkationen in solchen Phosphatgruppen können ebenfalls eine ihrer quaternären Gruppen an ein polymeres Grundgerüst, wie wherein M+ is a cation such as an alkali metal, for example sodium or potassium, ammonium or a C₁-C₇ alkyl, aralkyl or aromatic quaternary ammonium cation, N(R₇)₁₄, where R₇ is alkyl, for example methyl or ethyl, aralkyl, for example benzyl, or part of a heterocyclic ring system, for example pyridinium. The disodium salt is particularly preferred. Such phosphate ester groups can be cleaved using an enzyme such as alkaline phosphatase to form oxygen anion substituted groups which in turn destabilise the dioxetane with cleavage of its oxygen-oxygen bond under photoemission. The quaternary ammonium cations in such phosphate groups can also have one of their quaternary groups attached to a polymeric backbone such as
gebunden sein, worin n größer ist als 1, oder sie können Teil eines polyquaternaren Ammoniumsalzes bilden, beispielsweise ein Ion-enpolymer.where n is greater than 1, or they may form part of a polyquaternary ammonium salt, for example an ionene polymer.
Eine andere bevorzugte enzymatisch entfernbare Gruppe ist die β-D-Galactosidgruppe, die mit dem Enzym β-D-Galactosidase gespalten werden kann, wobei die Konjugatsäure des Dioxetanphenolats gebildet wird, die unter Druck Chemilumineszenz zeigt.Another preferred enzymatically removable group is the β-D-galactoside group, which can be cleaved with the enzyme β-D-galactosidase to form the conjugate acid of dioxetane phenolate, which exhibits chemiluminescence under pressure.
Enzymatisch abspaltbare Substituenten, die ebenfalls verwendet werden können, umfassen enzymspaltbare Alkanoyloxygruppen, beispielsweise eine Acetatestergruppe, oder eine enzymspaltbare Oxacarboxylatgruppe, 1-Phospho-2,3-diacylglyceridgruppe, 1-Thio-Dglucosidgruppe, Adenosintriphosphatanaloggruppe, Adenosindiphosphatanaloggruppe, Adenosinmonophosphatanaloggruppe, Adenosinanaloggruppe, α-D-Galactosidgruppe, β-D- Galactosidgruppe, α-D-Glucosidgruppe, β-D-Glucosidgruppe, α-D-Mannosidgruppe, β-D- Mannosidgruppe, β-D-Fructofuranosidgruppe, β-D-Glucosiduronatgruppe, p-Toluolsulfonyl-Largininestergruppe oder p-Toluolsulfonyl-L = argininamidgruppe.Enzymatically cleavable substituents that may also be used include enzyme-cleavable alkanoyloxy groups, for example an acetate ester group, or an enzyme-cleavable oxacarboxylate group, 1-phospho-2,3-diacylglyceride group, 1-thio-D-glucoside group, adenosine triphosphate analogue group, adenosine diphosphate analogue group, adenosine monophosphate analogue group, adenosine analogue group, α-D-galactoside group, β-D-galactoside group, α-D-glucoside group, β-D-glucoside group, α-D-mannoside group, β-D-mannoside group, β-D-fructofuranoside group, β-D-glucosiduronate group, p-toluenesulfonyl-larginine ester group or p-Toluenesulfonyl-L = arginine amide group.
Wenn R&sub2; Phenyl bedeutet, wie angegeben, kann R&sub1; -O(CH&sub2;)nCH&sub3; bedeuten, wenn n 0- 19, bevorzugt 0-5, bedeutet. In solchen Verbindungen können wichtige Eigenschaften weiter im Molekül verliehen werden oder kontrolliert werden durch zusätzliche Substitution an dem Phenylring. Die Stabilität, Löslichkeit, Aggregation, Bindungsfähigkeit und Zersetzungskinetik kann weiter in Verbindungen der folgenden Struktur When R₂ is phenyl, as indicated, R₁ may be -O(CH₂)nCH₃ when n is 0-19, preferably 0-5. In such compounds, important properties can be further imparted or controlled in the molecule by additional substitution on the phenyl ring. The stability, solubility, aggregation, binding ability and decomposition kinetics can be further controlled in compounds of the following structure
kontrolliert werden, worin Z die oben diskutierte enzymspaltbare Gruppe bedeutet, der Sauerstoff in ortho; meta oder para steht, und Q Wasserstoff, Aryl, substituiertes Aryl, Aralkyl, Heteroaryl mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, eine Allylgruppe, ein Hydroxy(niedrig)alkyl, eine niedrig-Alkyl-OSiR³ (worin R&sub3; Medrigalkyl, Aryl, Alkoxy-C&sub1;&submin;&sub6;, Alkoxyalkyl mit 12 oder weni ger Kohlenstoffatomen, Hydroxy(niedrig)alkyl, Amino(niedrig)alkyl, -OR&sup4; oder -SR&sup4; (worin R&sub4; Alkenyl, substituiertes (Niedrig)Alkenyl, (Niedrig)alkyl oder Aralkyl mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen bedeutet, -SO&sub2;R&sup5; (worin R&sub5; Methyl, Phenyl oder NHC&sub6;H&sub5; bedeutet), substituiertes oder unsubstituiertes Niedrigalkyl, Nitro, Cyano, Halogen, Hydroxy, Carboxyl, Trimethylsilyl oder eine Phosphoryloxygruppe bedeutet.wherein Z is the enzyme-cleavable group discussed above, the oxygen is in ortho, meta or para, and Q is hydrogen, aryl, substituted aryl, aralkyl, heteroaryl with up to 20 carbon atoms, an allyl group, a hydroxy(lower)alkyl, a lower-alkyl-OSiR³ (wherein R₃ is medium-alkyl, aryl, alkoxy-C₁₋₆, alkoxyalkyl with 12 or less ger carbon atoms, hydroxy(lower)alkyl, amino(lower)alkyl, -OR⁴ or -SR⁴ (wherein R₄ is alkenyl, substituted (lower)alkenyl, (lower)alkyl or aralkyl having up to 20 carbon atoms, -SO₂R⁵ (wherein R�5 is methyl, phenyl or NHC₆H₅), substituted or unsubstituted lower alkyl, nitro, cyano, halogen, hydroxy, carboxyl, trimethylsilyl or a phosphoryloxy group.
In der PCT-Anmeldung Nr. WO88/00695, publiziert am 28. Januar 1988, werden enzymatisch spaltbare 1,2-Dioxetane beschrieben, die an dem 3-Kohlenstoffatom mit einem definierten Substituenten "T-V" und an dem 4-Kohlenstoffatom mit definierten Substituenten "X" und "Y-Z" substituiert sind. In dieser publizierten Anmeldung wird auf Seite 3, Zeilen 6-12, beschrieben:PCT Application No. WO88/00695, published on January 28, 1988, describes enzymatically cleavable 1,2-dioxetanes substituted at the 3-carbon atom with a defined substituent "T-V" and at the 4-carbon atom with defined substituents "X" and "Y-Z". In this published application, on page 3, lines 6-12, it is described:
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen umfassen eine oder mehrere Gruppen T, X oder Y weiterhin einen solubilisierenden Substituenten, beispielsweise eine Carbonsäure, eine Sulfonsäure, ein quaternäres Aminosalz; die Gruppe T des Dioxetans ist eine Polycycloalkylgruppe, bevorzugt Adamantyl; die enzymspaltbare Gruppe umfaßt Phosphat; und das Enzym besitzt Phosphataseaktivität.According to preferred embodiments, one or more groups T, X or Y further comprise a solubilizing substituent, for example a carboxylic acid, a sulfonic acid, a quaternary amino salt; the group T of the dioxetane is a polycycloalkyl group, preferably adamantyl; the enzyme-cleavable group comprises phosphate; and the enzyme has phosphatase activity.
auf Seite 22, Zeile 33 bis Seite 23 Zeile 6 wird beschrieben:on page 22, line 33 to page 23 line 6 it is described:
Beispielsweise kann die enzymspaltbare Gruppe Z an die Gruppe X des Dioxetan anstelle der Gruppe Y gebunden sein. Die spezifische Affinitätssubstanz kann an das Dioxetan über Gruppen X, Y oder TFor example, the enzyme-cleavable group Z can be bound to the group X of the dioxetane instead of the group Y. The specific affinity substance can be bound to the dioxetane via groups X, Y or T
(bevorzugt die Gruppe X) anstelle des Enzyms gebunden sein. In diesem Fall umfaßt die Gruppe, an die die spezifische Affinitätssubstanz gebunden ist, beispielsweise einen Carbonsäure-, Amino- oder Maleimidsubstituenten zur Erleichterung der Bindung.(preferably the group X) instead of the enzyme. In this case, the group to which the specific affinity substance is bound includes, for example, a carboxylic acid, amino or maleimide substituent to facilitate binding.
und auf Seite 23 Zeilen 11-21 beschrieben:and on page 23 lines 11-21 described:
Die Gruppen X, Y oder T des Dioxetans können an eine polymerisierbare Gruppe, beispielsweise eine Vinylgruppe, gebunden sein, welche unter Bildung eines Homopolymeren oder Copolymeren polymerisiert werden kann.The groups X, Y or T of the dioxetane can be bonded to a polymerizable group, for example a vinyl group, which can be polymerized to form a homopolymer or copolymer.
Die Gruppen X, Y oder T des Dioxetans können gebunden sein an beispielsweise Membranen, Filme, Perlen oder Polymere, damit sie in Immuno- oder Nukleinsäureassays verwendet werden können. Die Gruppen enthalten beispielsweise Carbonsäure-, Amino- oder Maleimidsubstituenten zur Erleichterung der Bindung.The X, Y or T groups of the dioxetane can be attached to, for example, membranes, films, beads or polymers so that they can be used in immuno- or nucleic acid assays. The groups contain, for example, carboxylic acid, amino or maleimide substituents to facilitate attachment.
Die Gruppen X, Y oder T des Dioxetans können Substituenten enthalten, die die Kinetik des enzymatischen Dioxetanabbaus verstärken, beispielsweise elektronenreiche Gruppierungen (beispielsweise Methoxy).The X, Y or T groups of the dioxetane can contain substituents that enhance the kinetics of the enzymatic dioxetane degradation, for example electron-rich groups (e.g. methoxy).
Die Gruppen Y und T des Dioxetans, wie auch die Gruppe X, können solubilisierende Substituenten enthalten.The groups Y and T of the dioxetane, as well as the group X, can contain solubilizing substituents.
Die Aufgabe, die durch die 3-(substituiertes Adamant-2'-yliden)-1,2- dioxetanverbindungen, die hier beschrieben und beansprucht werden, gelöst wird, wird in dieser publizierten PCT-Anmeldung nicht angesprochen, noch werden diese Verbindungen selbst in dieser oder irgendeiner anderen Literaturstelle, die den Erfindern bekannt ist, offenbart.The problem solved by the 3-(substituted adamant-2'-ylidene)-1,2-dioxetane compounds described and claimed herein is not addressed in this published PCT application, nor are these compounds themselves disclosed in this or any other reference known to the inventors.
Die Gesamtsynthese dieser 3-(substituiertes Adamant-2'-yliden)-1,2-dioxetane kann durchgeführt werden unter Verwendung der Verfahren, wie sie beschrieben werden in WO 88/00695, WO 89/06226 und WO 91/03479.The overall synthesis of these 3-(substituted adamant-2'-ylidene)-1,2-dioxetanes can be carried out using the methods described in WO 88/00695, WO 89/06226 and WO 91/03479.
So können beispielsweise 1,2-Dioxetane, die unter den Rahmen der obigen Formel I fallen, worin X eine Hydroxylgruppe, X¹ ein Wasserstoff, R&sub1; eine Methoxygruppe und R&sub2; eine Phosphoryloxysalz-substituierte Phenylgruppe, bevorzugt eine meta-Phosphoryloxysalzsubstituierte Phenylgruppe, bedeuten, gemäß den Verfahren synthetisiert werden, wie sie in der '176-Anmeldung beschrieben werden, durch eine Umsetzungssequenz, die schematisch wie folgt dargestellt werden kann: For example, 1,2-dioxetanes falling within the scope of Formula I above, wherein X is a hydroxyl group, X¹ is a hydrogen, R₁ is a methoxy group and R₂ is a phosphoryloxy salt substituted phenyl group, preferably a meta-phosphoryloxy salt substituted phenyl group, can be synthesized according to the methods described in the '176 application by a reaction sequence which can be schematically represented as follows:
Wie beispielhaft im folgenden spezifisch beschrieben, kann das O = φOR&sub9;-Ausgangsmaterial gewünschtenfalls mit einem Orthoformiat, wie mit Trimethylorthoformiat, Methanol, und p- Toluolsulfonsäure, umgesetzt werden, wobei das Zwischenprodukt: As specifically described below by way of example, the O = φOR�9 starting material may, if desired, be reacted with an orthoformate such as trimethyl orthoformate, methanol, and p-toluenesulfonic acid to give the intermediate:
erhalten wird, welches dann mit (R&sub8;O)&sub3;P und einer Lewis-Säure umgesetzt wird, wobei das Phosphonatesterzwischenprodukt: which is then reacted with (R�8O)₃P and a Lewis acid to give the phosphonate ester intermediate:
erhalten wird.is received.
Bei der zuvor erwähnten Reaktionssequenz bedeutet R&sub8; eine Niedrigalkylgruppe, beispielsweise Methyl, Ethyl oder Butyl. R&sub9; bedeutet eine Acylgruppe, die 2 bis etwa einschließlich 14 Kohlenstoffatome enthält, wie Acetyl, Propionyl, Mesitoyl oder Pivaloyl, Q bedeutet ein Halogen, beispielsweise Chlor oder Bromoder ORg, und M bedeutet unabhängig ein Proton, ein Metallkation, beispielsweise Na&spplus; oder K&spplus;, oder ein Ammonium-, substituiertes Ammonium-, quaternäres Ammonium- oder (H&spplus;)-Pyridiniumkation. Die Thiolatspaltung, wie sie in WO 89/06226 beschrieben wird, kann anstelle der Basenspaltung der OR&sub9;-Gruppe bei der Stufe 5 der oben erläuterten Reaktionssequenz verwendet werden, wobei in diesem Fall R&sub9; eine Niedrigalkyl-, Niedrigalkenyl- oder Aralkylgruppe, beispielsweise Methyl, Allyl oder Benzyl, bedeutet. Das Produkt der Basen- oder Thiolatspaltung kann anstelle von R&sub9; ein Wasserstoff oder ein Alkalimetallkation, beispielsweise Lithium, Natrium oder Kalium, enthalten.In the reaction sequence mentioned above, R8 represents a lower alkyl group, for example methyl, ethyl or butyl. R9 represents an acyl group containing 2 to about 14 carbon atoms inclusive, such as acetyl, propionyl, mesitoyl or pivaloyl, Q represents a halogen, for example chlorine or bromine or ORg, and M independently represents a proton, a metal cation, for example Na+ or K+, or an ammonium, substituted ammonium, quaternary ammonium or (H+)-pyridinium cation. Thiolate cleavage as described in WO89/06226 can be used instead of base cleavage of the OR9 group in step 5 of the reaction sequence explained above, in which case R9 represents represents a lower alkyl, lower alkenyl or aralkyl group, for example methyl, allyl or benzyl. The product of the base or thiolate cleavage may contain, instead of R�9, a hydrogen or an alkali metal cation, for example lithium, sodium or potassium.
Die Zwischenprodukte, die oben durch die Formel The intermediates described above by the formula
dargestellt werden, worin nur einer von X und X¹ eine andere Bedeutung als Wasserstoffbesitzt, sind bekannte Verbindungen, oder sie können leicht aus bekannten Ausgangsmaterialien unter Verwendung bekannter Verfahren synthetisiert werden. Beispielsweise wird im Falle der monosubstituierten Adamantan-2-one (einer von X und X¹ bedeutet Wasserstoff):where only one of X and X¹ is other than hydrogen, are known compounds, or they can be readily synthesized from known starting materials using known methods. For example, in the case of the monosubstituted adamantane-2-ones (one of X and X¹ is hydrogen):
- 5-Hydroxyadamantan-2-on, hergestellt wie in Geluk, Synthesis 374 (1972) beschrieben;- 5-Hydroxyadamantan-2-one, prepared as described in Geluk, Synthesis 374 (1972) ;
- 5-Bromadamantan-2-on und 5-Chloradamantan-2-on, hergestellt, wie in Geluk et al., Tetrahedron 24 5369 (1968) beschrieben.- 5-Bromoadamantan-2-one and 5-chloroadamantan-2-one, prepared as described in Geluk et al., Tetrahedron 24 5369 (1968).
Wenn X oder X¹ Fluor, unsubstituiertes (Niedrig)Alkyl, beispielsweise t-Butyl, substituiertes (Niedrig)Alkyl, beispielsweise Triffuormethyl, unsubstituiertes Aryl, beispielsweise Phenyl oder substituiertes Aryl, beispielsweise p-Chlorphenyl, p-Methoxyphenyl oder p-Nitrophenyl, bedeuten, vergleiche le Noble et al., J. Am. Chem. Soc. 108 1598 (1986)und Walborsky, et al., J. Am. Chem. Soc., 109 6719 (1987) (X oder X¹ = Hydroxymethyl).When X or X¹ is fluorine, unsubstituted (lower)alkyl, for example t-butyl, substituted (lower)alkyl, for example trifluoromethyl, unsubstituted aryl, for example phenyl or substituted aryl, for example p-chlorophenyl, p-methoxyphenyl or p-nitrophenyl, see le Noble et al., J. Am. Chem. Soc. 108 1598 (1986) and Walborsky, et al., J. Am. Chem. Soc., 109 6719 (1987) (X or X¹ = hydroxymethyl).
Einfache Einheitsverfahren erlauben die Umwandlung verschiedener der zuvor erwähnten X oder X¹-Substituenten oder anderer bekannter in 5-X- oder 5-X¹-Adamantan-2-one, worin X oder X¹ Trialkylsilyloxy-, Iod- oder Cyanogruppen bedeuten: Diese Gruppierungen sind bei den milden Bedingungen, die bei der Stufe 4 der zuvor erwähnten Reaktionssequenz verwendet werden, stabil. Wenn beispielsweise 5-Hydroxyadamantan-2-on 7 Stunden mit 57%iger Iodwasserstoffsäure unter Rückfluß erhitzt wird, wird 5-Iodadamantan-2-on (Fp. 73-76ºC) erhalten. 5- Carboxyadamantan-2-on, hergestellt wie beschrieben in Lantvoev, J. Obshch. Khim. 2 2361 (1976) oder Le Noble et al., J. Org. Chem., 48 1101 (1983), kann nach Verseifung des Methylesters dieser in 5-Cyanoadamantan-2-on gemäß einem dreistufigen Verfahren von Tabushi et al., J. Org. Chem., 38 3447 (1973) überführt werden, das verwendet wird, um Zugang zu dem isomeren 1-Cyanoadamantan-2-on über das Zwischenprodukt eines Ketoamids zu erhalten. 5- Trimethylsilyloxyadamantan-2-on (Fp. 34-38ºC), welches als geschützte Version von 5- Hydroxyadamantan-2-on nützlich ist, erlaubt die Verwendung von nur einem Äquivalent Base bei der Stufe 4 der vorhergehenden Reaktionssequenz unter Herstellung des entsprechenden Enolethers, der dann unter Verwendung von Standardverfahren entsilylt werden kann.Simple unit procedures allow the conversion of various of the aforementioned X or X¹ substituents or other known ones into 5-X- or 5-X¹-adamantan-2-ones, where X or X¹ represents trialkylsilyloxy, iodo or cyano groups: These moieties are stable under the mild conditions used in step 4 of the aforementioned reaction sequence. For example, when 5-hydroxyadamantan-2-one is refluxed with 57% hydroiodic acid for 7 hours, 5-iodoadamantan-2-one (m.p. 73-76°C) is obtained. 5- Carboxyadamantan-2-one prepared as described in Lantvoev, J. Obshch. Khim. 2 2361 (1976) or Le Noble et al., J. Org. Chem., 48 1101 (1983), after saponification of the methyl ester, it can be converted to 5-cyanoadamantan-2-one according to a three-step procedure of Tabushi et al., J. Org. Chem., 38 3447 (1973), which is used to access the isomeric 1-cyanoadamantan-2-one via a ketoamide intermediate. 5- Trimethylsilyloxyadamantan-2-one (m.p. 34-38 °C), which is useful as a protected version of 5-hydroxyadamantan-2-one, allows the use of only one equivalent of base in step 4 of the preceding reaction sequence to produce the corresponding enol ether, which can then be desilylated using standard procedures.
Wie es dem Fachmann geläufig ist, müssen andere X- und X¹-Gruppen während der gesamten Reaktionssequenz nicht statisch sein, sondern sie können durch Reaktionen umgewandelt werden, die mit anderen Strukturüberlegungen zu irgendeinem Zeitpunkt verträglich sind. Beispielsweise wurde gefunden, daß wenn X oder X¹ ein Chlor- oder ein Bromatom bedeuten, die Enoletherzwischenprodukte, die bei den Stufen 4 und 5 der zuvor erwähnten Reaktionssequenz gebildet werden, leicht in Anwesenheit molekularer Überschüsse von Diolen oder flüssigem Ammoniak in einer Bombe bei hoher Temperatur Solvolyse erleiden. Die Reaktionsgeschwindigkeit mit Diolen, wie Ethylenglykol oder Propylenglykol, wird nur bei erhöhten Temperaturen (105-120ºC) in Anwesenheit eines Protonenakzeptors, wie Kaliumcarbonat, ausgeprägt. Im allgemeinen ist diese Reaktion langsam aber sauber, und es wird die Verwendung von Silber- oder Schwermetallsalzen vermieden, die oft zur Stimulierung der Hydroxyalkyletherbildung verwendet werden. 3-(Methoxy-5-(2-hydroxyethoxy)tricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenmethyl)phenol kann mit Trimethylacetylchlorid und Triethylamin verestert werden, wobei der entsprechende Diester entsteht, der dann selektiv unter Verwendung von Kaliumcarbonat in Methanol gespalten werden kann, wobei der Phenolmonoester entsteht. Die entsprechende Phosphorylierungsstufe, bei der gleichzeitig eine β Eliminierung und eine Verseifung des gehinderten Esters mit Natriummethoxid in Methanol stattfindet, ergibt das Hydroxyethoxyenoletherphosphat.As will be appreciated by those skilled in the art, other X and X¹ groups need not be static throughout the reaction sequence, but may be transformed by reactions compatible with other structural considerations at any time. For example, it has been found that when X or X¹ represents a chlorine or a bromine atom, the enol ether intermediates formed in steps 4 and 5 of the aforementioned reaction sequence readily undergo solvolysis in the presence of molecular excesses of diols or liquid ammonia in a bomb at high temperature. The reaction rate with diols such as ethylene glycol or propylene glycol only becomes pronounced at elevated temperatures (105-120°C) in the presence of a proton acceptor such as potassium carbonate. In general, this reaction is slow but clean, and the use of silver or Heavy metal salts are avoided, which are often used to stimulate hydroxyalkyl ether formation. 3-(Methoxy-5-(2-hydroxyethoxy)tricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenol can be esterified with trimethylacetyl chloride and triethylamine to give the corresponding diester, which can then be selectively cleaved using potassium carbonate in methanol to give the phenol monoester. The corresponding phosphorylation step, which involves simultaneous β elimination and saponification of the hindered ester with sodium methoxide in methanol, gives the hydroxyethoxy enol ether phosphate.
Die Reaktion mit flüssigem Ammoniak in Dioxan unter Druck ergibt 3-(Methoxy-5- aminotricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenmethyl)phenol aus der entsprechenden 5-Bromverbindung und wird durchgeführt, indem das Verfahren, das von Hummelen, Dissertatiozt University of Groningen, Niederlande, S. 60 (1985) beschrieben wird, verwendet wird. Die unmittelbare Acylierung des so erhaltenen Aminoenoletherphenols unter Verwendung von zwei Äquivalenten Acetylchlorid oder Essigsäure-Ameisensäure-Anhydrid und 4-Dimethylaminopyridin als Base gemäß dem Verfahren von Gawronski; et al., J. Am. Chem. Soc., 109 6726 (1987), das für die Veresterung von (5-Hydroxyadamantyliden)ethanol verwendet wird, ergibt die Formamido- oder Acetamidophenolester, die selektiv, wie oben beschrieben, verseiü und dann, wie unten beschrieben, phosphoryliert und photooxygeniert werden können.Reaction with liquid ammonia in dioxane under pressure gives 3-(methoxy-5- aminotricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenol from the corresponding 5-bromo compound and is carried out using the procedure described by Hummelen, Dissertatiozt University of Groningen, Netherlands, p. 60 (1985). The immediate acylation of the amino enol ether phenol thus obtained using two equivalents of acetyl chloride or acetic-formic anhydride and 4-dimethylaminopyridine as base according to the procedure of Gawronski; et al., J. Am. Chem. Soc., 109 6726 (1987), used for the esterification of (5-hydroxyadamantylidene)ethanol, gives the formamido or acetamidophenol esters, which can be selectively saponified as described above and then phosphorylated and photooxygenated as described below.
Meijer, Dissertation University of Groningen, Niederlande (1982); Numan et al., J. Ora. Chem., 43 2232 (1978); und Faulkner, et al., J. Chem. Soc. Chem. Comm., 3906 (1971) beschreiben den Zugang zu 4-Methylenadamantan-2-on (X und X¹ Wasserstoff, Methylen in der 4'- Stellung der obigen Formel I) als Ausgangsmaterial für die Stufe 4 der zuvor erwähnten Reaktionssequenz und nachfolgende Reaktion mit einem geeigneten Phosphonat-stabilisierten Carbonion. Der Unterschied in der Reaktivität des Singulett-Sauerstoffs gegenüber dem Enolether anstelle der Exomethylenfunktion stellt sicher, daß Dinatrium-3-(4-methoxyspiro-[1,3-dioxetan- 3,2'-(4'-methylen)tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenylphosphat als Photooxygenierungsprodukt erhalten wird.Meijer, Dissertation University of Groningen, Netherlands (1982); Numan et al., J. Ora. Chem., 43 2232 (1978); and Faulkner, et al., J. Chem. Soc. Chem. Comm., 3906 (1971) describe the access to 4-methyleneadamantan-2-one (X and X¹ hydrogen, methylene in the 4'- position of formula I above) as starting material for step 4 of the aforementioned reaction sequence and subsequent reaction with a suitable phosphonate-stabilized carboxy ion. The difference in the reactivity of the singlet oxygen towards the enol ether instead of the exomethylene function ensures that disodium 3-(4-methoxyspiro-[1,3-dioxetane- 3,2'-(4'-methylene)tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenyl phosphate is obtained as the photooxygenation product.
Wenn ein selektiv spaltbarer Pivaloyloxyarylenolether bei irgendeiner der Reaktionen erhalten wird, die unmittelbar der Addition der Enzym-entfernbaren Grupp wie der Phosphatestergruppe, vorgehen, ist es zweckdienlicher, eine Isolierung des Hydroxyarylenolethers zu vermeiden. Dies kann erreicht werden, indem der Pivaloylester mit einem Äquivalent Natriummethoxid in Methanol direkt gespalten wird und die Natriumaryloxidspezies als trockener Feststoff isoliert wird, indem alle flüchtigen Stoffe bei Beendigung der Reaktion entfernt werden. In einem solchen Fall wird die Stufe 6 der zuvor beschriebenen Reaktionssequenz unter Verwendung dieses vorgebildeten Salzes in einem trockenen, polaren aprotischen Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, ohne Verwendung einer Lewis-Base durchgeführt, und die anorganischen Salznebenprodukte werden bei der Aufarbeitungsphase der Stufe 7 oder der Stufe 8 entfernt.When a selectively cleavable pivaloyloxyaryl enol ether is obtained in any of the reactions immediately preceding the addition of the enzyme-removable group, such as the phosphate ester group, it is more convenient to avoid isolation of the hydroxyaryl enol ether. This can be accomplished by directly cleaving the pivaloyl ester with one equivalent of sodium methoxide in methanol and isolating the sodium aryloxide species as a dry solid by removing all volatiles upon completion of the reaction. In such a case, Step 6 of the reaction sequence described above is carried out using this preformed salt in a dry, polar aprotic solvent such as dimethylformamide without using a Lewis base, and the inorganic salt byproducts are removed in the work-up phase of Step 7 or Step 8.
Das 2-Cyanoethylphosphatdiesterprodukt der Stufe 7 erleidet eine β Eliminierung zu dem Phosphatmonoester der Stufe 8. Bei der Stufe 8 werden Derivate, worin X oder X¹ = Chlor oder Brom bedeuten, bevorzugt mit einem flüchtigen Amin, wie Ammoniak, oder mit einem in einem Lösungsmittel löslichen organischen Amin, wie"DBU" (1,8 Diazabicyclo[5.4.0]undec-7- en) in einem Alkohol-Lösungsmittel, beispielsweise Methanol, umgesetzt. Die Verwendung von Ammoniak bei Atmosphärendruck oder darüber und bei Umgebungstemperaturen ist besonders vorteilhaft, da der Überschuß an Base einfach beim Vakuum am Ende der Reaktion verdampft wird.The 2-cyanoethyl phosphate diester product of step 7 undergoes β elimination to the phosphate monoester of step 8. In step 8, derivatives where X or X¹ = chlorine or bromine, preferably with a volatile amine such as ammonia or with a solvent soluble organic amine such as "DBU" (1,8 diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene) in an alcohol solvent, for example methanol. The use of ammonia at atmospheric pressure or above and at ambient temperatures is particularly advantageous since the excess base is simply evaporated in vacuo at the end of the reaction.
Die Oxidation des Enoletherphosphats bei der Stufe 9 der zuvor beschriebenen Reaktionssequenz kann photochemisch wie angegeben durch Umsetzung mit Singulett-Sauerstoff (¹O&sub2;) in einem halogenierten Lösungsmittel, beispielsweise einem halogenierten Kohlenwasserstoff, wie Chloroform, der ebenfalls ein Co-Lösungsmittel enthalten kann, beispielsweise ein niedriges Alkanol, wie Methanol, durchgeführt werden. Singulett-Sauerstoffkann unter Verwendung eines Photosensibilisators, wie Polymer-gebundenem Rose Bengal (Polysciences, Inc.), Methylenblau oder 5-,10-, 15-, 20-Tetraphenyl-21H, 23H-porphin ("TPP") erzeugt werden.The oxidation of the enol ether phosphate at step 9 of the previously described reaction sequence can be carried out photochemically as indicated by reaction with singlet oxygen (102) in a halogenated solvent, for example a halogenated hydrocarbon, such as chloroform, which may also contain a co-solvent, for example a lower alkanol such as methanol. Singlet oxygen can be generated using a photosensitizer such as polymer-bound Rose Bengal (Polysciences, Inc.), methylene blue or 5-,10-,15-,20-tetraphenyl-21H,23H-porphine ("TPP").
Alternativ können die rohen 2-Cyanoethylphosphatdiester, die bei der Stufe 7 der zuvor erwähnten Reaktionssequenz erhalten wurden, mit Singulett-Sauerstoff in ihre 1,2-Dioxethan- Gegenstücke oxidiert werden. Die darauffolgende Reaktion mit Natriummethoxid in Methanol bei Raumtemperatur erlaubt die wäßrige Aufarbeitung und die präparative Umkehrphasen- Hochdruckflüssigkeitschromatographie, wobei reine 1, 2 Dioxetanphosphatmonoestersalze als Gemische ihrer syn- und anti-Isomere erhalten werden. Chemische Verfahren für die 1,2- Dioxetanbildung umfassen solche unter Verwendung von Triethylsilylhydrotrioxid, Phosphatozoniden, oder es kann eine Ein-Elektronenoxidation von Triarylaminradikalkationen-vermittelt in Anwesenheit von Triplett-Sauerstoff ebenfalls verwendet werden.Alternatively, the crude 2-cyanoethyl phosphate diesters obtained in step 7 of the aforementioned reaction sequence can be oxidized with singlet oxygen to their 1,2-dioxethane counterparts. Subsequent reaction with sodium methoxide in methanol at room temperature allows aqueous work-up and preparative reversed-phase high-pressure liquid chromatography to yield pure 1,2-dioxetane phosphate monoester salts as mixtures of their syn and anti isomers. Chemical methods for 1,2-dioxetane formation include those using triethylsilyl hydrotrioxide, phosphatozonides, or one-electron oxidation of triarylamine radical cations mediated in the presence of triplet oxygen can also be used.
Ausgangsmaterialien der Formel: Starting materials of the formula:
worin X und X¹ beide gleich sind und eine andere Bedeutung als Wasserstoff besitzen, oder Zwischenprodukte, aus denen solche Ausgangsmaterialien synthetisiert werden können, unter Verwendung an sich bekannter Verfahren sind ebenfalls bekannt. Beispielsweise ergibt die Verwendung symmetrisch substituierter 5,7-Bis-X,X'-adamantan-2-one bei der Stufe 4 der zuvor erwähnten Reaktionssequenz symmetrische 1,2-Dioxetane, wie X- und X'-Substituenten sowohl in syn- als auch in anti-Beziehung zu dem viergliedrigen Dioxetanring aufweisen. Die Synthesestrategie auf Chinonmonoacetatgrundlage von Stetter et al. ergibt Zugang zu 5,7- Dihydroxyadamantan-2-on über Bicyclo[3.3.1]nonan-3,7-dion-9-ethylenacetal; Steifer, et al., Liebigs Ann. Chem., 1807 (1977); vergleiche ebenfalls Hamill, et al., Tetrahedron, 27 4317 (1971). 5,7-Dihydroxyadamantan-2-on können zu 5,7-Dibromadamantan-2-on oder seine 5,7- Dichlor- und 5,7-Diiodanaloge unter Verwendung von 47%iger wäßriger Bromwasserstoffsäure, Thionylchlorid oder 57%iger wäßriger Iodwasserstoffsäure unter den Bedingungen, wie sie von Geluk, et al. a.a.O., umgewandelt werden. 5,7-Dialkyladamantan-2-one, beispielsweise 5,7- Dimethyladamantan-2-on können gemäß dem Verfahren von Kira, et al., J. Am. Chem. Soc., 111 8256 (1989) synthetisiert werden. Die Solvolyse von 3-(Methoxy-5,7-dibromtricyclo[3.3.3.13,7]dec-2-ylidendimethyl)phenol mit Diolen, wie Ethylenglykol oder 1,4-Butandiol in Anwesenheit von Kaliumcarbonat, ergibt ebenfalls die entsprechenden symmetrischen Bishydroxyalkoxy-substituierten 1,2-Dioxetane, wobei ein modifizierter Weg zu den monosubstituierten Derivaten, wie oben beschrieben, verwendet wird.wherein X and X¹ are both the same and have a meaning other than hydrogen, or intermediates from which such starting materials can be synthesized using methods known per se are also known. For example, the use of symmetrically substituted 5,7-bis-X,X'-adamantan-2-ones in step 4 of the aforementioned reaction sequence gives symmetrical 1,2-dioxetanes, such that X and X' have substituents in both syn and anti relationships to the four-membered dioxetane ring. The quinone monoacetate-based synthetic strategy of Stetter et al. gives access to 5,7-dihydroxyadamantan-2-one via bicyclo[3.3.1]nonane-3,7-dione-9-ethylene acetal; Steifer, et al., Liebigs Ann. Chem., 1807 (1977); see also Hamill, et al., Tetrahedron, 27 4317 (1971). 5,7-Dihydroxyadamantan-2-one can be converted to 5,7-dibromoadamantan-2-one or its 5,7-dichloro and 5,7-diiodine analogues using 47% aqueous hydrobromic acid, thionyl chloride or 57% aqueous hydriodic acid under the conditions described by Geluk, et al., supra. 5,7-Dialkyladamantan-2-ones, e.g. 5,7-dimethyladamantan-2-one, can be synthesized according to the method of Kira, et al., J. Am. Chem. Soc., 111 8256 (1989). Solvolysis of 3-(methoxy-5,7-dibromotricyclo[3.3.3.13,7]dec-2-ylidenedimethyl)phenol with diols such as ethylene glycol or 1,4-butanediol in the presence of potassium carbonate also gives the corresponding symmetrical bishydroxyalkoxy-substituted 1,2-dioxetanes using a modified route to the monosubstituted derivatives as described above.
Wenn man die Vorteile der gemeinsamen Wirkungen, die eine X-Gruppe, ausgenommen von Wasserstoff, die sich von der X¹-Gruppe, die ebenfalls vorhanden ist und die ebenfalls anders ist als Wasserstoff, ausnutzen will, insbesondere wenn Vorteile erhalten werden können, unter Verwendung solcher enzymatisch spaltbarerl,2-Dioxetane als isomere Gemische, werden unsymmetrische 5,7(X,X¹)Adamantan-2-one bei der Stufe 4 der vorhergehenden Reaktionssequenz verwendet. 5-Brom-7-triffuoradamantan-2-on kann gemäß dem Verfahren hergestellt werden, wie es von Sorochinskii, et al., Zh. Obshch. Khim., 7 2339 (1981) beschrieben wird. 5-Chlor-7-hydroxyadamantan-2-on und 5-Methyl-7-hydroxyadamantan-2-on wurden von Stetter, et al., a.a.O., beschrieben, und 5-Brom-7-hydroxyadamantan-2-on kann aus 7- Methylenbicyclo[3.3.1]nonan-3,9-dion-9-ethylenacetal gemäß dem Verfahren von Stetter, et al., synthetisiert werden, indem diese Verbindung in wasserfreiem Ethanol gelöst, und die Lösung bei 0ºC mit gasförmigem Bromwasserstoff anstelle von gasförmigem Chlorwasserstoff, der zur Herstellung des entsprechenden Chlorderivats verwendet wurde, gesättigt wird.When one wishes to take advantage of the joint effects of an X group other than hydrogen which is different from the X¹ group which is also present and which is also other than hydrogen, particularly when advantages can be obtained using such enzymatically cleavable 1,2-dioxetanes as isomeric mixtures, unsymmetrical 5,7(X,X¹)adamantan-2-ones are used in step 4 of the preceding reaction sequence. 5-Bromo-7-trifluoradamantan-2-one can be prepared according to the procedure described by Sorochinskii, et al., Zh. Obshch. Khim., 7 2339 (1981). 5-Chloro-7-hydroxyadamantan-2-one and 5-methyl-7-hydroxyadamantan-2-one were described by Stetter, et al., supra, and 5-bromo-7-hydroxyadamantan-2-one can be synthesized from 7-methylenebicyclo[3.3.1]nonane-3,9-dione-9-ethyleneacetal according to the method of Stetter, et al., by dissolving this compound in anhydrous ethanol and saturating the solution at 0°C with gaseous hydrogen bromide instead of gaseous hydrogen chloride used to prepare the corresponding chloro derivative.
Zwischenprodukte und Verfahren zur Synthese von Verbindung der obigen Formel I, worin R&sub1; eine andere Bedeutung als Niedrigalkoxy besitzt, und R&sub2; eine andere Bedeutung als Phosphoryloxysalz-substituiertes Phenyl besitzt, werden in den zuvor erwähnten WO 88/00695, U. S. 5 089 630, WO 89/06226 und U. S. 4 952 707 beschrieben.Intermediates and processes for synthesizing compounds of formula I above, wherein R₁ is other than lower alkoxy and R₂ is other than phosphoryloxy salt substituted phenyl, are described in the aforementioned WO 88/00695, U.S. 5,089,630, WO 89/06226 and U.S. 4,952,707.
Die vorliegende Erfindung betrifft, wie oben angegeben, ebenfalls die Verwendung chemilumineszierender, enzymatisch spaltbarer substituierter 1,2-Dioxetane in bekannten Assays, einschließlich von Assays zum Nachweis von Enzymen in Proben. Die Erfindung betrifft weiterhin Kits für die Verwendung bei solchen Assays und ähnliche Verwendungen und Maßnahmen zur Durchführung dieser Verwendungen.The present invention, as indicated above, also relates to the use of chemiluminescent, enzymatically cleavable substituted 1,2-dioxetanes in known assays, including assays for detecting enzymes in samples. The invention further relates to kits for use in such assays and similar uses and means for carrying out such uses.
Wenn beispielsweise die vorliegende Erfindung verwendet wird, um ein Enzym in einer Probe nachzuweisen, wird die Probe mit einem Dioxetan behandelt, das eine Gruppe trägt, die durch das nachzuweisende Enzym abspaltbar ist. Das Enzym spaltet die durch das Enzym spaltbare Gruppe des Dioxetans unter Bildung eines negativ geladenen Substituenten (beispielsweise eines Sauerstoffanions), gebunden an das Dioxetan. Dieser negativ geladene Substituent destabilisiert seinereits das Dioxetan und bewirkt, daß sich das Dioxetan unter Bildung einer fluoreszierenden chromophoren Gruppe, die Lichtenergie emittiert, zersetzt. Es ist diese chromophore Gruppe, die als Hinweis auf die Anwesenheit des Enzyms nachgewiesen wird. Durch Messung der Intensität der Lumineszenz kann die Konzentration des Enzyms in der Probe ebenfalls bestimmt werden.For example, when the present invention is used to detect an enzyme in a sample, the sample is treated with a dioxetane bearing a group that is cleavable by the enzyme to be detected. The enzyme cleaves the enzyme-cleavable group of the dioxetane to form a negatively charged substituent (e.g., an oxygen anion) bound to the dioxetane. This negatively charged substituent in turn destabilizes the dioxetane and causes the dioxetane to decompose to form a fluorescent chromophoric group that emits light energy. It is this chromophoric group that is detected as an indication of the presence of the enzyme. By measuring The intensity of the luminescence can also determine the concentration of the enzyme in the sample.
Es existieren eine große Anzahl anderer Assays, bei denen visuell nachweisbare Mittel zur Bestimmung der Anwesenheit oder Konzentration einer besonderen Substanz in einer Probe verwendet werden. Die oben beschriebenen Dioxetane können bei irgendeinem dieser Assays verwendet werden. Beispiele solcher Assays umfassen Immunoassays zum Nachweis von Antikörpern oder Antigenen, beispielsweise α- oder β-hCG, Enzymassays, chemische Assays zum Nachweis von beispielsweise Kalium- oder Natriumionen, und Nukleinsäureassays zum Nachweis von beispielsweise Viren (beispielsweise HTLV III oder Cytomegalievirus oder Bakterien (beispielsweise E. coli) und bestimmten Zellinktionen (beispielsweise Rezeptorbindungsstellen).A large number of other assays exist which use visually detectable means to determine the presence or concentration of a particular substance in a sample. The dioxetanes described above can be used in any of these assays. Examples of such assays include immunoassays for detecting antibodies or antigens, for example α- or β-hCG, enzyme assays, chemical assays for detecting, for example, potassium or sodium ions, and nucleic acid assays for detecting, for example, viruses (for example, HTLV III or cytomegalovirus or bacteria (for example, E. coli) and certain cell functions (for example, receptor binding sites).
Wenn die nachweisbare Substanz ein Antikörper, ein Antigen oder eine Nukleinsäure ist, ist das Enzym, das die Enzym spaltbare Gruppe des Dioxetans spalten kann, bevorzugt gebunden an eine Substanz mit einer spezifischen Aflinität für die nachweisbare Substanz (d. h. eine Substanz, die spezifisch an die nachweisbare Substanz bindet), beispielsweise ein Antigen, ein Antikörper oder eine Nukleinsäuresonde. Bekannte Verfahren, beispielsweise die Carbodiimid- Kupplung, werden zur Bindung des Enzyms an die spezifische Aftinitätssubstanz verwendet, wobei die Bindung bevorzugt über eine Amidverknüpfung erfolgt.When the detectable substance is an antibody, an antigen or a nucleic acid, the enzyme capable of cleaving the enzyme-cleavable group of the dioxetane is preferably bound to a substance having a specific affinity for the detectable substance (i.e. a substance that specifically binds to the detectable substance), for example an antigen, an antibody or a nucleic acid probe. Known methods, for example carbodiimide coupling, are used to bind the enzyme to the specific affinity substance, where the binding preferably occurs via an amide linkage.
Im allgemeinen werden die Assays wie folgt durchgeführt. Eine Probe, von der vermutet wird, daß sie eine nachweisbare Substanz enthält, wird mit einer gepufferten Lösung, die ein Enzym, gebunden an eine Substanz mit einer spezifischen Affinität für die nachweisbare Substanz enthält, kontaktiert. Die entstehende Lösung wird inkubiert, damit die nachweisbare Substanz an den spezifischen Affnitätsteil der spezifischen Affinitäts-Enzym-Verbindung binden kann. Überschüssige spezifische Affinität-Enzym-Verbindung wird dann weggewaschen, und ein Dioxetan mit einer Gruppe, die durch den Enzymteil der spezifischen Affinität-Enzym- Verbindung spaltbar ist, wird zugegeben. Das Enzym spaltet die Enzym spaltbare Gruppe und bewirkt, daß das Dioxetan sich in zwei Carbonylverbindungen, beispielsweise einen Ester, ein Keton oder ein Aldehyd, zersetzt. Der Chromophor, an den die Enzym spaltbare Gruppe gebunden war, wird so angeregt und luminesziert. Die Lumineszenz wird nachgewiesen (unter Verwendung von beispielsweise einer Küvette oder eines lichtempfindlichen Films in einem Kameraluminometer, oder eine photoelektrische Zelle oder ein Photomultiplier-Rohr als Anzeichen für die Anwesenheit der nachweisbaren Substanz in der Probe. Die Lumineszenzintensität wird zur Bestimmung der Konzentration der Substanz gemessen.In general, the assays are performed as follows. A sample suspected of containing a detectable substance is contacted with a buffered solution containing an enzyme bound to a substance having a specific affinity for the detectable substance. The resulting solution is incubated to allow the detectable substance to bind to the specific affinity portion of the specific affinity enzyme compound. Excess specific affinity enzyme compound is then washed away and a dioxetane having a group cleavable by the enzyme portion of the specific affinity enzyme compound is added. The enzyme cleaves the enzyme cleavable group and causes the dioxetane to decompose into two carbonyl compounds, such as an ester, a ketone or an aldehyde. The chromophore to which the enzyme-cleavable group was bound is thus excited and luminesces. The luminescence is detected (using, for example, a cuvette or a light-sensitive film in a camera luminometer, or a photoelectric cell or photomultiplier tube as an indication of the presence of the detectable substance in the sample. The luminescence intensity is measured to determine the concentration of the substance.
Erfindungsgemäß wird ein Assayverfahren zur Verfügung gestellt, bei dem eine optisch nachweisbare Reaktion zur Bestimmung der Anwesenheit oder Abwesenheit einer besonderen Substanz in der Probe verwendet wird, wobei die optisch nachweisbare Reaktion, die Reaktion mit einem Enzym einer enzymatisch spaltbaren chemilumineszierenden 1, 2 = Dioxetanverbindung, dargestellt durch die Formel According to the invention there is provided an assay method which uses an optically detectable reaction to determine the presence or absence of a particular substance in the sample, wherein the optically detectable reaction comprises the reaction with an enzyme of an enzymatically cleavable chemiluminescent 1, 2 = dioxetane compound represented by the formula
wobei die Substituenten die oben gegebene Definition besitzen, umfaßt.where the substituents are as defined above.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Substituenten X und X¹ in der Formel Chlor bzw. Wasserstoff. Bevorzugt wird Dinatrium-3-(4-methoxyspiro[1,2-dioxetan-3,2'- (5'-chlor)tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenylphosphat verwendet.According to a preferred embodiment, the substituents X and X¹ in the formula are chlorine and hydrogen, respectively. Disodium 3-(4-methoxyspiro[1,2-dioxetane-3,2'- (5'-chloro)tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenyl phosphate is preferably used.
Als zuvor erwähnte spezifische Bindungspaare werden die folgenden bevorzugt in dem erfindungsgemäßen Assayverfahren verwendet:As the aforementioned specific binding pairs, the following are preferably used in the assay method of the invention:
(i) ein Antigen und ein Antikörper,(i) an antigen and an antibody,
(ii) eine Nukleinsäure und eine Sonde, die einen Teil oder die gesamte Nukleinsäure binden kann,(ii) a nucleic acid and a probe capable of binding part or all of the nucleic acid,
(iii) ein Enzym und eine 1,2-Dioxetanverbindung, die eine Gruppe enthält, die durch das Enzym spaltbar ist.(iii) an enzyme and a 1,2-dioxetane compound containing a group cleavable by the enzyme.
Bevorzugt ist die zuvor erwähnte Sonde ein markiertes Oligonukleotid, komplementär zu der Nukleinsäure. DNA, RNA und Fragmente davon können gemäß einem Sequenzierprotokoll gebildet werden.Preferably, the aforementioned probe is a labeled oligonucleotide complementary to the nucleic acid. DNA, RNA and fragments thereof can be generated according to a sequencing protocol.
Dieses bevorzugte Assayverfahren umfaßt weiter die Stufen von (a) Behandlung der DNA, RNA oder eines Fragments davon mit einer markierten komplementären Oligonuldeotidsonde unter Bildung eines Hybridisierungspaares, (b) Behandlung des hybridisierten Paares mit einem Molekül, das stark an die Markierung des Oligonukleotids gebunden ist, das covalent mit einem Enzym konjugiert ist, welches ein enzymatisch spaltbares 1,2-Dioxetan unter Freisetzung von Lichtenergie spalten kann,This preferred assay method further comprises the steps of (a) treating the DNA, RNA or a fragment thereof with a labeled complementary oligonucleotide probe to form a hybridization pair, (b) treating the hybridized pair with a molecule strongly bound to the label of the oligonucleotide that is covalently conjugated to an enzyme capable of cleaving an enzymatically cleavable 1,2-dioxetane with the release of light energy,
(c) Zugabe eines 1,2-Dioxetansubstrats und(c) addition of a 1,2-dioxetane substrate and
(d) Nachweis des erzeugten Lichts.(d) Detection of the light produced.
Bevorzugt ist die Oligonukleotidmarkierung Biotin oder ein Biotinderivat. Das Molekül, das stark mit der Markierung des Oligonukleotids eine Wechselwirkung eingehen kann, ist bevorzugt Avidin oder Streptavidin.Preferably, the oligonucleotide label is biotin or a biotin derivative. The molecule that can interact strongly with the oligonucleotide label is preferably avidin or streptavidin.
Die zuvor erwähnte covalente Markierung für die Oligonukleotidsonde ist die Verwendung eines Enzyms, welches die 1,2-Dioxetanverbindung unter Lichtenergieemittierung zersetzen kann, wünschenswert.The previously mentioned covalent labeling for the oligonucleotide probe is desirable, the use of an enzyme that can decompose the 1,2-dioxetane compound with light energy emission.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Assayverfahren ein Verfahren, bei dem die Markierung an der Oligonukleotidsonde ein covalent gebundenes Antigen umfaßt, das immunochemisch an ein Antikörper-Enzym Konjugat gebunden ist, wobei der Antikörper gegen das Enzym gerichtet ist, und das Enzym fähig ist, die 1,2- Dioxetanverbindung unter Lichtenergieemittierung zu zersetzen.According to a preferred embodiment of the invention, the assay method is a method in which the label on the oligonucleotide probe comprises a covalently bound antigen immunochemically linked to an antibody-enzyme conjugate, the antibody being directed against the enzyme and the enzyme being capable of decomposing the 1,2-dioxetane compound with the emission of light energy.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Enzym eine saure oder alkalische Phosphatase, R&sub1; bedeutet Methoxy und R&sub2; bedeutet eine Metaphosphat-substituierte PhenoxygruppeAccording to a preferred embodiment, the enzyme is an acid or alkaline phosphatase, R₁ is methoxy and R₂ is a metaphosphate-substituted phenoxy group
Die Bindung der Sonde an die Nukleinsäure erfolgt bevorzugt mit einer Nylonmembran. Das gleiche gilt für die Hybridisierung zwischen DNA, RNA oder einem Fragment davon und der markierten Oligonukleotidsonde.The probe is preferably bound to the nucleic acid using a nylon membrane. The same applies to the hybridization between DNA, RNA or a fragment thereof and the labeled oligonucleotide probe.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Assayverfahrens wird eine feste Matrixverwendet, bei der eine nichtspezifische Bindung an die Matrix durch Vorbehandlung der Matrix mit einem polymeren quaternären Ammoniumsalz blockiert ist. Es ist weiterhin wünschenswert, das Assayverfahren weiter in Anwesenheit einer wasserlöslichen Verstärkungssubstanz, welche die spezifische Lichtenergiebildung über den Wert bei ihrer Abwesenheit verstärkt. Als Beispiel für eine solche Verstärkungssubstanz kann ein polymeres quaternäres Ammoniumsalz erwähnt werden. Bevorzugte polymere quaternäre Ammoniumsalze werden ausgewählt aus Poly(vinylbenzyltrimethylammoniumchlorid), Poly[vinylbenzyl(benzyldimethylammoniumchlorid)] oder Poly[vinyl(benzyltributylammoniumchlorid)].In a preferred embodiment of the assay method according to the invention, a solid matrix is used in which non-specific binding to the matrix is blocked by pretreatment of the matrix with a polymeric quaternary ammonium salt. It is further desirable to further carry out the assay method in the presence of a water-soluble enhancing substance which enhances the specific light energy production above the value in its absence. As an example of such an enhancing substance, a polymeric quaternary ammonium salt can be mentioned. Preferred polymeric quaternary ammonium salts are selected from poly(vinylbenzyltrimethylammonium chloride), poly[vinylbenzyl(benzyldimethylammonium chloride)] or poly[vinyl(benzyltributylammonium chloride)].
Ein bevorzugtes Verfahren ist ein Verfahren, bei dem die Verstärkungssubstanz ein positiv geladenes polymeres quaternäres Ammoniumsalz und Fluorescein, welches mit dem negativ geladenen Produkt der 1,2-Dioxetanverbindung, die nach der Enzym-katalysierten Zersetzung der 1,2-Dioxetanverbindung gebildet wurde, einen ternären Komplex bilden kann, umfaßt, wobei eine Energieübertragung zwischen dem negativ geladenen Produkt und Fluorescein stattfindet und wobei von Fluorescein Licht emittiert wird. Die Verwendung der zuvor erwähnten quaternären Ammoniumsalze ist bei diesem Verfahren ebenfalls bevorzugt.A preferred method is a method in which the enhancing substance comprises a positively charged polymeric quaternary ammonium salt and fluorescein which can form a ternary complex with the negatively charged product of the 1,2-dioxetane compound formed after the enzyme-catalyzed decomposition of the 1,2-dioxetane compound, whereby energy transfer occurs between the negatively charged product and fluorescein and whereby light is emitted from fluorescein. The use of the aforementioned quaternary ammonium salts is also preferred in this method.
Eine Mikrotiterplatte mit 96 Vertiefungen wird mit einem Schafanti-human-IgG (F(ab)&sub2;- Fragment spezifisch) beschichtet. Eine Serumprobe, welche humanes IgG enthält, wird dann in die Vertiefungen gegeben, und die Vertiefungen werden während 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert.A 96-well microtiter plate is coated with a sheep anti-human IgG (F(ab)2 fragment specific). A serum sample containing human IgG is then added to the wells and the wells are incubated for 1 hour at room temperature.
Nach der Inkubationszeit wird die Serumprobe aus den Vertiefungen entfernt, und die Vertiefungen werden viermal mit einer wäßrigen Pufferlösung; enthaltend 0,15 M NaCl, 0,01 M Phosphat und 0,1% Rinderserumalbumin (pH 7,4), gewaschen.After the incubation period, the serum sample is removed from the wells and the wells are washed four times with an aqueous buffer solution containing 0.15 M NaCl, 0.01 M phosphate and 0.1% bovine serum albumin (pH 7.4).
Alkalische Phosphatase, gebunden an anti-human-IgG, wird in jede Vertiefung gegeben, und die Vertiefungen werden 1 Stunde inkubiert. Die Vertiefungen werden dann viermal mit der obigen Pufferlösung gewaschen, und eine Pufferlösung aus Phosphat-enthaltendem Dioxetan gemäß der Erfindung wird zugegeben. Die entstehende Lumineszenz, die durch enzymatischen Abbau des Dioxetans verursacht wird, wird mit einem Luminometer oder mit einem photographischen Film in einem Kameraluminometer nachgewiesen.Alkaline phosphatase conjugated to anti-human IgG is added to each well and the wells are incubated for 1 hour. The wells are then washed four times with the above buffer solution and a buffer solution of phosphate-containing dioxetane according to the invention is added. The resulting luminescence, which is caused by enzymatic degradation of the dioxetane, is detected with a luminometer or with a photographic film in a camera luminometer.
Kaninchen anti-α-hCG wird an eine Nylon-Mesh-Membran adsorbiert. Eine Probenlösung, enthaltend hCG, beispielsweise, Harn von einer schwangeren Frau, wird durch die Membran geblottet, danach wird die Membran mit 1 ml Pufferlösung, enthaltend 0,15 M NaCl, 0,01 M Phosphat und 0,1% Rinderserumalbumin (pH 7,4) gewaschen.Rabbit anti-α-hCG is adsorbed to a nylon mesh membrane. A sample solution containing hCG, for example, urine from a pregnant woman, is blotted through the membrane, after which the membrane is washed with 1 ml of buffer solution containing 0.15 M NaCl, 0.01 M phosphate and 0.1% bovine serum albumin (pH 7.4).
Das alkalische Phosphatase-markierte β-hCG wird zu der Membran gegeben, und die Membran wird erneut mit 2 ml der obigen Pufferlösung gewaschen. Die Membran wird dann in die Küvette eines Luminometers oder in einen Kamera-Luminometer gegeben und mit einem erfindungsgemäßen Phosphat-enthaltenden Dioxetan kontaktiert. Die Lumineszenz, die durch den enzymatischen Abbau des Dioxetans auftritt, wird dann nachgewiesen.The alkaline phosphatase-labeled β-hCG is added to the membrane and the membrane is washed again with 2 ml of the above buffer solution. The membrane is then placed in the cuvette of a luminometer or in a camera luminometer and contacted with a phosphate-containing dioxetane according to the invention. The luminescence that occurs due to the enzymatic degradation of the dioxetane is then detected.
2,7 ml einer wäßrigen Pufferlösung, enthaltend 0,8 M 2-Methyl-2-aminopropanol, werden in ein 12 · 75 mm Pyrex-Reagensglas gegeben, und 0,1 ml Serumprobe, enthaltend alkalische Phosphatase, werden zugegeben. Die Lösung wird dann bei 30ºC equilibriert. 0,2 ml eines erfindungsgemäßen phosphatenthaltenden Dioxetans werden zugegeben, und das Reagensglas wird sofort in einen Luminometer zum Aufzeichnen der entstehenden Lumineszenz gegeben. Der Wert der Lichtemission ist proportional zu der Geschwindigkeit der alkalischen Phosphataseaktivität.2.7 ml of an aqueous buffer solution containing 0.8 M 2-methyl-2-aminopropanol is placed in a 12 x 75 mm Pyrex test tube and 0.1 ml of serum sample containing alkaline phosphatase is added. The solution is then equilibrated at 30°C. 0.2 ml of a phosphate-containing dioxetane according to the invention is added and the test tube is immediately placed in a luminometer to record the resulting luminescence. The amount of light emission is proportional to the rate of alkaline phosphatase activity.
Eine Probe aus zerebrospinaler Flüssigkeit (CSF), von der angenommen wird, daß sie das Cytomegalievirus enthält, wird gesammelt und auf eine Membran, beispielsweise eine Nylon- oder Nitrocellulosemembran, gegeben. Die Probe wird dann chemisch mit Harnstoff oder Guanidiniumisothiocyanat zum Brechen der Zellwände und zum Abbau aller zellulären Komponenten, ausgenommen der viralen DNA, behandelt. Die Stränge der viralen DNA, die so gebildet wurden, werden abgetrennt und an das Nitrocellulosefilter gebunden. Eine DNA-Sonde, spezifisch für die virale DNA und markiert mit alkalischer Phosphatase, wird dann auf das Filter aufgebracht; die Sonde hybridisiert mit den komplementären viralen DNA-Strängen. Nach der Hybridisierung wird das Filter mit einer wäßrigen Pufferlösung, enthaltend 0,2 M NaCl und 0,1 mM Tris-HCl (pH = 8,10) zur Entfernung überschüssiger Sondenmoleküle gewaschen. Ein erfindungsgemäßes phosphatenthaltendes Dioxetan wir zugegeben, und die entstehende Lumineszenz von dem enzymatischen Abbau des Dioxetans wird in einem Luminometer gemessen oder mit einem photographischen Film nachgewiesen.A sample of cerebrospinal fluid (CSF) suspected of containing cytomegalovirus is collected and placed on a membrane, such as a nylon or nitrocellulose membrane. The sample is then chemically treated with urea or guanidinium isothiocyanate to break down the cell walls and degrade all cellular components except viral DNA. The strands of viral DNA thus formed are separated and bound to the nitrocellulose filter. A DNA probe specific for the viral DNA and labeled with alkaline phosphatase is then applied to the filter; the probe hybridizes with the complementary viral DNA strands. After hybridization, the filter is washed with an aqueous buffer solution containing 0.2 M NaCl and 0.1 mM Tris-HCl (pH = 8.10) to remove excess probe molecules. A phosphate-containing dioxetane according to the invention is added and the resulting luminescence from the enzymatic degradation of the dioxetane is measured in a luminometer or detected with a photographic film.
In den oben beschriebenen Assays und in den folgenden Arbeitsbeispielen können Dioxetane, die α- oder β-Galactosidase-spaltbare α-D- oder β-D-Galactosid(Galactopyranosid)- gruppen enthalten, zugegeben werden, und die Lumineszenz, die von der enzymatischen Abspaltung der Zuckergruppierung von dem Chromophoren gebildet wird, wird in einem Luminometer gemessen oder mit einem photographischen Film nachgewiesen.In the assays described above and in the working examples below, dioxetanes containing α- or β-galactosidase-cleavable α-D- or β-D-galactoside (galactopyranoside) groups can be added and the luminescence produced by the enzymatic cleavage of the sugar moiety from the chromophore is measured in a luminometer or detected with photographic film.
Die Elektrophorese erlaubt die Trennung komplexer Gemische aus Proteinen und Nukleinsäuren entsprechend ihren Molekülgrößen und Strukturen an Gelträgern in einem elektrischen Feld. Diese Technik kann ebenfalls zum Trennen von Proteinfragmenten nach der Proteolyse oder von Fragmenten von Nukleinsäuren nach dem Abschneiden durch Restriktionsendonukleasen (wie bei der DNA-Sequenzierung) angewendet werden. Nach der elektrophoretischen Auftrennung der Spezies in einem Gel oder nach der Übertragung der aufgetrennten Spezies von einem Gel auf eine Membran werden die Proben mit einer Sonde eines Enzyms, gebunden an einen Liganden, behandelt. Beispielsweise werden Peptidfragmente mit einem Antikörper covalent gebunden an alkalische Phosphatase als Sonde untersucht. Als anderes Beispiel bindet bei der DNA-Sequenzierung alkalische Phosphatase-Avidin an biotinylierte Nukleotidbase. Danach wird ein erfindungsgemäßes AMPPD-Analog zu dem Gel oder dem Membranfilter zugegeben.Electrophoresis allows the separation of complex mixtures of proteins and nucleic acids according to their molecular sizes and structures on gel supports in an electric field. This technique can also be used to separate protein fragments after proteolysis or fragments of nucleic acids after cleavage by restriction endonucleases (as in DNA sequencing). After electrophoretic separation of the species in a gel or after transfer of the separated species from a gel to a membrane, the samples are treated with a probe of an enzyme bound to a ligand. For example, peptide fragments are probed with an antibody covalently bound to alkaline phosphatase. As another example, in DNA sequencing, alkaline phosphatase-avidin binds to biotinylated nucleotide bases. An AMPPD analogue of the invention is then added to the gel or membrane filter.
Nach kurzer Inkubation wird Licht als Ergebnis einer enzymatischen Aktivierung des Dioxetans unter Bildung entsprechender emittierender Spezies emittiert. Die Lumineszenz wird entweder mit Röntgenstrahlen oder durch einen photographischen Sofortbild-Film nachgewiesen oder mit einem Luminometer abgetastet. Die Mehrkanalanalyse verbessert das Verfahren weiter, wodurch es möglich ist, flir mehr als ein Fragment gleichzeitig Sonden einzusetzen.After a short incubation, light is emitted as a result of enzymatic activation of the dioxetane to form the corresponding emitting species. The luminescence is detected either by X-rays or by instant photographic film or by scanning with a luminometer. Multi-channel analysis further improves the method, making it possible to probe more than one fragment at a time.
Bei Assays in festem Zustand ist es wünschenswert, die nichtspezifische Bindung an die Matrix durch Vorbehandlung der nichtspezifischen Bindungsstellen mit nichtspezifischen Proteinen, wie mit Rinderserumalbumin (BSA) oder Gelatine, zu blockieren. Es wurde gefunden, daß einige im Handel erhältliche Präparate von BSA geringe Mengen an Substanzen die Phosphataseaktivität aufweisen, enthalten, wodurch eine unerwünschte Hintergrundschemilumineszenz aus AMPP gebildet wird. Es wurde auch weiterhin gefunden, daß bestimmte wasserlösliche synthetische makromolekulare Substanzen effiziente Blockierungsmittel für die nichtspezifische Bindung in Assays in festem Zustand unter Verwendung von Dioxetanen sind. Bevorzugt unter solchen Substanzen sind wasserlösliche polymere quaternäre Ammoniumsalze, wie BDMQ, Poly(vinylbenzyltrimethylammoniumchlorid) (TMQ) und Poly(vinylbenzyltributylammoniumchlorid) (TBQ). Andere solche Substanzen werden in der zuvor erwähnten Voyta, et al. '263-Anmeldung beschrieben und sind in der folgenden Tabelle III aufgeführt.In solid state assays, it is desirable to block nonspecific binding to the matrix by pretreating the nonspecific binding sites with nonspecific proteins such as bovine serum albumin (BSA) or gelatin. Some commercially available preparations of BSA have been found to contain small amounts of substances having phosphatase activity, thereby producing undesirable background chemiluminescence from AMPP. Certain water-soluble synthetic macromolecular substances have also been found to be efficient blocking agents for nonspecific binding in solid state assays using dioxetanes. Preferred among such substances are water-soluble polymeric quaternary ammonium salts such as BDMQ, poly(vinylbenzyltrimethylammonium chloride) (TMQ) and poly(vinylbenzyltributylammonium chloride) (TBQ). Other such substances are described in the aforementioned Voyta, et al. '263 application and are listed in Table III below.
Ein Assay für das Enzym ATPase wird in zwei Stufen durchgeführt. Bei der ersten Stufe wird das Enzym bei optimalem pH (typischerweise pH 7,4) mit einem Substrat, enthaltend ATP, covalent gebunden über eine terminale Phosphoesterbindung an ein Chromophor-substituiertes 1,2-Dioxetan umgesetzt, wobei Phosphoryl-Chromophor-substituiertes 1,2-Dioxetan hergestellt wird. Bei der zweiten Stufe wird das Produkt der ersten Stufe durch Zugabe einer Säure, um den pH unter 6, bevorzugt auf pH 2 bis 4, einzustellen, zersetzt, und das entstehende Licht wird in einem Luminometer gemessen oder mit einem chromatographischen Film nachgewiesen. In einem ähnlichen Zweistufenverfahren wird ADPase unter Verwendung als Substrat eines ADP- Derivats eines erfindungsgemäßen Chromophor-substituierten 1,2-Dioxetans analysiert und 5'- Nukleotidase wird unter Verwendung eines Adenylsäurederivats als Substrat eines erfindungsgemäßen Chromophor-substituierten 1,2-Dioxetans analysiert. Die zweite Stufe kann ebenfalls durch Zugabe der alkalischen Enzymphosphatase zur Zersetzung des Phosphoryl-Chromophorsubstituierten 1,2-Dioxetans erfolgen.An assay for the enzyme ATPase is performed in two steps. In the first step, the enzyme is treated at optimal pH (typically pH 7.4) with a substrate containing ATP, covalently bound via a terminal phosphoester bond to a chromophore-substituted 1,2-dioxetane to produce phosphoryl-chromophore-substituted 1,2-dioxetane. In the second step, the product of the first step is decomposed by adding an acid to adjust the pH below 6, preferably to pH 2 to 4, and the resulting light is measured in a luminometer or detected with a chromatographic film. In a similar two-step process, ADPase is analyzed using as a substrate an ADP derivative of a chromophore-substituted 1,2-dioxetane of the invention, and 5'-nucleotidase is analyzed using an adenylic acid derivative as a substrate of a chromophore-substituted 1,2-dioxetane of the invention. The second step can also be carried out by adding the alkaline enzyme phosphatase to decompose the phosphoryl-chromophore-substituted 1,2-dioxetane.
DNA- oder RNA-Fragmente; die bei Sequenzprotokollen gebildet werden, können nach der elektrophoretischen Trennung unter Verwendung von erfindungsgemäßen chemilumineszenten 1,2-Dioxetanen nachgewiesen werden.DNA or RNA fragments formed in sequence protocols can be detected after electrophoretic separation using chemiluminescent 1,2-dioxetanes according to the invention.
Die DNA Sequenzierung kann gemäß einem Didesoxy-Kettenterminierungsverfahren durchgeführt werden [Sanger, F., et al., Proc. Nat. Acad. Sci. (USA), 74: 5463 (1977)]. Kurz, für jede der vier Sequenzierungsreaktionen wird einzelstrangige Matrizen-DNA mit Desoxynukleotiden und biotinylierter Primerstrang-DNA vermischt. Nach dem Assoziieren werden Klenow-Enzym und Desoxyadenosintriphosphat mit je der vier Sequenzreaktionsgemische inkubiert, und dann wird Chase-Desoxynukleotidtriphosphat zugegeben, und die Inkubation wird weitergeführt.DNA sequencing can be performed according to a dideoxy chain termination procedure [Sanger, F., et al., Proc. Nat. Acad. Sci. (USA), 74: 5463 (1977)]. Briefly, for each of the four sequencing reactions, single-stranded template DNA is mixed with deoxynucleotides and biotinylated primer strand DNA. After annealing, Klenow enzyme and deoxyadenosine triphosphate are incubated with each of the four sequencing reaction mixtures, and then chase deoxynucleotide triphosphate is added and incubation is continued.
Danach werden die DNA Fragmente in den Reaktionsgemischen mittels Polyacrylamid- Gelelektrophorese (PAGE) getrennt. Die Fragmente werden dann auf eine Membran, bevorzugt einer Nylonmembran, übertragen, und die Fragmente werden an die Membran durch Belichtung mit UV-Licht, bevorzugt mit kurzer Wellenlänge, gebunden.The DNA fragments in the reaction mixtures are then separated using polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE). The fragments are then transferred to a membrane, preferably a nylon membrane, and the fragments are bound to the membrane by exposure to UV light, preferably with a short wavelength.
Nach Blockierung der nichtspezifischen Bindungsstellen mit einem Polymeren, beispielsweise Heparin, Casein oder Serumalbumin, werden die DNA-Fragmente auf der Membran mit Avidin oder Streptavidin, covalent an ein Enzym gebunden, das für die enzymspaltbare Gruppe des besonderen erfindungsgemäßen 1,2-Dioxetansubstrats, das verwendet wird, spezifisch ist, kontaktiert. Da Avidin oder Streptavidin stark an Biotin binden, werden biotinylierte DNA- Fragmente jetzt an ein Enzym angefügt. Wenn beispielsweise das chemilumineszierende Substrat Dinatrium-3-(4-methoxyspiro[1,2-dioxetan-3,2'-(5'-chlor)tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenylphosphatdioxetansalz (Cl-AMPPD) ist, wird Avidin oder Streptavidin mit einer Phosphatase konjugiert. Ähnlich, wenn das chemilumineszierende Substrat Dinatrium-3-(4-methoxyspiro[1,2- dioxetan-3,2'-(5'-chlor)tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenyl-β-D-galactopyranose (Cl-AMPGD) ist, wird Avidin oder Streptavidin mit Galactosidase konjugiert.After blocking the non-specific binding sites with a polymer, e.g. heparin, casein or serum albumin, the DNA fragments on the membrane are contacted with avidin or streptavidin covalently linked to an enzyme specific for the enzyme-cleavable group of the particular 1,2-dioxetane substrate of the invention being used. Since avidin or streptavidin binds strongly to biotin, biotinylated DNA fragments are now attached to an enzyme. For example, if the chemiluminescent substrate is disodium 3-(4-methoxyspiro[1,2-dioxetane-3,2'-(5'-chloro)tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenylphosphate dioxetane salt (Cl-AMPPD), avidin or streptavidin is conjugated to a phosphatase. Similarly, if the chemiluminescent substrate is disodium 3-(4-methoxyspiro[1,2- dioxetane-3,2'-(5'-chloro)tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenyl-β-D-galactopyranose (Cl-AMPGD), avidin or streptavidin is conjugated to galactosidase.
Nach der Erzeugung der Chemilumineszenz durch Behandlung des Komplexes aus DNA- Fragment-Biotin-Avidin-(oder Streptavidin-)Enzym mit dem geeigneten 1,2-Dioxetan bei alkalischen pH-Werten, beispielsweise über etwa 8,5, können die DNA Fragmente mit einem lichtempfindlichen Film, beispielsweise einem Röntgen- oder Sofortbild-Film, oder in einem photoelektrischen Luminometer-Instrument visualisiert werden.After generating chemiluminescence by treating the DNA fragment-biotin-avidin (or streptavidin) enzyme complex with the appropriate 1,2-dioxetane at alkaline pH values, e.g., above about 8.5, the DNA fragments can be visualized with a light-sensitive film, e.g., X-ray or instant film, or in a photoelectric luminometer instrument.
Das oben beschriebene Nachweisverfahren kann ebenfalls bei dem genomischen DNA- Sequenzprotokoll von Church, et al., [Church, G. M., et al., Proc. Nat. Acad. Sci. (USA), 81: 1991 (1984)] angewendet werden. Nach der Übertragung der chemisch gespaltenen und elektrophoretisch getrennten DNA [Maxam, A. M. et al., Proc. Nat. Acad. Sci (USA), 74: 560 (1977)] auf eine Membran, bevorzugt eine Nylonmembran, und Vernetzen der Leitern an die Membran mittels UV-Licht können spezifische DNA-Sequenzen durch sequenzielle Addition von: biotinylierten Oligonukleotiden als Hybridisierungssonden; Avidin oder Streptavidin, covalent an ein Enzym gebunden, spezifisch für das erfindungsgemäße durch ein Enzym spaltbare chemilumineszierende 1,2-Dioxetan, und dem geeigneten 1,2-Dioxetan nachgewiesen werden: Bilder der Sequenzleitern (gebildet durch PAGE) können wie oben beschrieben erhalten werden. Die Reihen-Wiedersondenbildung von Sequenzleitern kann durchgeführt werden, indem zuerst die hybridisierte Sonde und chemilumineszierendes Material von der Membran durch Behandlung der Membran mit einer erhitzten Lösung von Detergenz, beispielsweise von etwa 0,5 bis etwa 5% Natriumdodecylsulfat (SDS) in Wasser bei etwa 80ºC bis etwa 90ºC, abgestreift werden, Abkühlen von etwa 50ºC bis etwa 70ºC, Hybridisierung der jetzt nackten DNA- Fragmente mit einer anderen biotinylierten Oligonukleotidsonde unter Erzeugung einer unterschiedlichen Sequenz und dann Erzeugung einer abbildenden Chemilumineszenz, wie oben beschrieben.The detection method described above can also be applied to the genomic DNA sequence protocol of Church, et al., [Church, G. M., et al., Proc. Nat. Acad. Sci. (USA), 81: 1991 (1984)]. After transferring the chemically cleaved and electrophoretically separated DNA [Maxam, A. M. et al., Proc. Nat. Acad. Sci. (USA), 74: 560 (1977)] to a membrane, preferably a nylon membrane, and cross-linking the ladders to the membrane using UV light, specific DNA sequences can be detected by sequential addition of: biotinylated oligonucleotides as hybridization probes; Avidin or streptavidin, covalently linked to an enzyme specific for the enzyme-cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetane of the invention and the appropriate 1,2-dioxetane: Images of the sequence ladders (generated by PAGE) can be obtained as described above. Serial re-probe formation of sequence ladders can be performed by first stripping the hybridized probe and chemiluminescent material from the membrane by treating the membrane with a heated solution of detergent, e.g., from about 0.5 to about 5% sodium dodecyl sulfate (SDS) in water at about 80°C to about 90°C, cooling from about 50°C to about 70°C, hybridizing the now naked DNA fragments with another biotinylated oligonucleotide probe to produce a different sequence, and then generating imaging chemiluminescence as described above.
Ähnliche Nachweisverfahren können mit RNA-Fragmenten, die durch RNA- Sequenzverfahren gebildet werden, durchgeführt werden.Similar detection methods can be performed with RNA fragments generated by RNA sequencing techniques.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kit für den Nachweis einer ersten Substanz in einer Probe, umfassend eine enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2-Dioxetanverbindung, welche Lichtenergie bei der Zersetzung bilden kann, dargestellt durch die Formel The invention further relates to a kit for the detection of a first substance in a sample, comprising an enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetane compound which can generate light energy upon decomposition, represented by the formula
worin die Substituenten R&sub1;, R&sub2;, X und X¹ die zuvor gegebenen Bedeutungen besitzen. In diesem Kit wird bevorzugt eine 1,2-Dioxetanverbindung verwendet, worin R&sub1; Methoxy, R&sub2; eine meta-phosphatsubstituierte Phenoxygruppe bedeuten und das Enzym saure oder alkalische Phosphatase ist.wherein the substituents R₁, R₂, X and X¹ have the meanings given above. In this kit, a 1,2-dioxetane compound is preferably used, wherein R₁ is methoxy, R₂ is a meta-phosphate-substituted phenoxy group and the enzyme is acid or alkaline phosphatase.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kit zum Nachweis einer Nukleinsäure oder eines Fragments davon in einer Probe durch Hybridisierung der Nukleinsäure oder des Fragments an eine komplementär markierte Oligonukleotidsonde, umfassend eine enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2-Dioxetanverbindung, wie oben definiert, eine mit einem Enzym covalent markierte Oligonukleotidsonde und eine Nylonmembran, auf der die Nukleinsäure- Oligonukleotidsonde-Hybridisierung durchgeführt wird. Solch ein Kit ist bevorzugt, worin R&sub1; Methoxy, R&sub2; eine meta-phosphatsubstituierte Phenoxygruppe bedeuten, und das Enzym eine saure oder alkalische Phosphatase ist.The invention further relates to a kit for detecting a nucleic acid or a fragment thereof in a sample by hybridizing the nucleic acid or fragment to a complementarily labeled oligonucleotide probe comprising an enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetane compound as defined above, an oligonucleotide probe covalently labeled with an enzyme and a nylon membrane on which the nucleic acid-oligonucleotide probe hybridization is carried out. Such a kit is preferred wherein R₁ is methoxy, R₂ is a meta-phosphate-substituted phenoxy group and the enzyme is an acid or alkaline phosphatase.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kit zum Nachweis einer Nukleinsäure oder eines Fragments davon in einer Probe durch Hybridisierung der Nukleinsäure oder eines Fragments davon mit einer komplementär markierten Oligonukleotidsonde. Das Kit umfaßt eine enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2-Dioxetanverbindung, wie oben definiert, eine komplementäre Oligonukleotidsonde, covalent mit einem Biotin oder Biotinderivat markiert, Avidin oder Streptavidin, covalent gebunden an ein Enzym, welches die 1,2-Dioxetanverbindung unter Lichtenergieemittierung zersetzen kann, und eine Nylonmembran, auf der die Nukleinsäure oder ein Fragment davon an die Oligonukleotidsonde hybridisiert wird. Ein solches Kit, bei dem R&sub1; Methoxy, R&sub2; eine meta-phosphatsubstituierte Phenoxygruppe bedeuten, und das Enzym eine saure oder alkalische Phosphatase ist, ist bevorzugt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kit zum Nachweis einer Nukleinsäure oder eines Fragments davon in einer Probe durch Hybridisierung der Nukleinsäure oder des Fragments davon mit einer komplementär markierten Oligonukleotidsonde. Das Kit umfaßt eine enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2- Dioxetanverbindung, wie oben definiert, eine komplementäre Oligonukleotidsonde, covalent markiert mit einem Antigen, einen Antikörper, der gegen das Antigen gerichtet ist, der covalent an ein Enzym gebunden ist, das die 1,2-Dioxetanverbindung unter Lichtenergieemittierung zersetzen kann, und einer Nylonmembran, auf der die Nukleinsäure oder das Fragment davon an die Oligonukleotidsonde hybridisiert wird.The invention further relates to a kit for detecting a nucleic acid or a fragment thereof in a sample by hybridizing the nucleic acid or a fragment thereof with a complementarily labeled oligonucleotide probe. The kit comprises an enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetane compound as defined above, a complementary oligonucleotide probe covalently labeled with a biotin or biotin derivative, avidin or streptavidin covalently bound to an enzyme capable of decomposing the 1,2-dioxetane compound with light energy emission, and a nylon membrane on which the nucleic acid or a fragment thereof is hybridized to the oligonucleotide probe. Such a kit in which R₁ is methoxy, R₂ is a meta-phosphate-substituted phenoxy group, and the enzyme is an acidic or alkaline phosphatase is preferred. The invention further relates to a kit for detecting a nucleic acid or a fragment thereof in a sample by hybridizing the nucleic acid or the fragment thereof with a complementarily labeled oligonucleotide probe. The kit comprises an enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetane compound as defined above, a complementary oligonucleotide probe covalently labeled with an antigen, an antibody directed against the antigen covalently bound to an enzyme capable of decomposing the 1,2-dioxetane compound with the emission of light energy, and a nylon membrane on which the nucleic acid or the fragment thereof is hybridized to the oligonucleotide probe.
Ein Kit, bei dem das Enzym eine saure oder alkalische Phosphatase ist, und worin R&sub1; Methoxy und R&sub2; eine meta-phosphatsubstituierte Phenoxygruppe bedeuten, ist bevorzugt.A kit in which the enzyme is an acid or alkaline phosphatase and wherein R₁ is methoxy and R₂ is a meta-phosphate substituted phenoxy group is preferred.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kit zum Nachweis eines Proteins in einer Probe, welches eine enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2-Dioxetanverbindung, wie oben definiert, einen Antikörper, der gegen das Protein gerichtet ist, covalent gebunden an ein Enzym, welches die 1,2-Dioxetanverbindung unter Lichtenergieemittierung zersetzen kann, und eine Membran, auf der die Protein-Antikörper-Bindung durchgeführt wird, umfaßt.The invention further relates to a kit for detecting a protein in a sample, which comprises an enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetane compound as defined above, an antibody directed against the protein covalently bound to an enzyme capable of decomposing the 1,2-dioxetane compound while emitting light energy, and a membrane on which the protein-antibody binding is carried out.
Bevorzugt ist die Membran eine Nylon-, Nitrocellulose- oder eine PVDF-Membran.Preferably the membrane is a nylon, nitrocellulose or PVDF membrane.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses Kits bedeuten R&sub1; eine Methoxygruppe und R&sub2; eine meta-phosphatsubstituierte Phenoxygruppe, und das Enzym ist saure oder alkalische Phosphatase.According to a preferred embodiment of this kit, R1 is a methoxy group and R2 is a meta-phosphate substituted phenoxy group, and the enzyme is acid or alkaline phosphatase.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kit zum Nachweis eines Proteins in einer Probe, welches eine enzymatisch spaltbare chemilumineszierende 1,2-Dioxetanverbindung, wie oben defniert, einen ersten Antikörper, direkt gerichtet gegen das Protein und einen zweiten Antikörper, gerichtet gegen den ersten Antikörper, covalent gebunden an ein Enzym, welches die 1,2- Dioxetanverbindung zersetzen kann, umfaßt.The invention further relates to a kit for detecting a protein in a sample, which comprises an enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetane compound as defined above, a first antibody directed directly against the protein and a second antibody directed against the first antibody, covalently bound to an enzyme capable of decomposing the 1,2-dioxetane compound.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses Kits bedeuten R&sub1; eine Methoxygruppe und R&sub2; eine meta-phosphatsubstituierte Phenoxygruppe, und das Enzym ist eine saure oder alkalische Phosphatase. Es ist wünschenswert, daß das Kit weiter eine wasserlösliche Verstärkungssubstanz, die die spezifische Lichtenergiebildung über diejenige erhöht, die in ihrer Abwesenheit gebildet wird, umfaßt. Bevorzugt ist diese Verstärkungssubstanz ein polymeres; quaternäres Ammoniumsalz, insbesondere Poly(vinylbenzyltrimethylammoniumchlorid), Poy[vinylbenzyl(benzyldimethylammoniumclorid)] oder Poy[vinylbenzyl(tributylammoniumchlorid)].According to a preferred embodiment of this kit, R1 represents a methoxy group and R2 represents a meta-phosphate substituted phenoxy group and the enzyme is an acid or alkaline phosphatase. It is desirable that the kit further comprises a water-soluble enhancing substance which increases the specific light energy production over that produced in its absence. Preferably, this enhancing substance is a polymeric quaternary ammonium salt, in particular poly(vinylbenzyltrimethylammonium chloride), poly[vinylbenzyl(benzyldimethylammonium chloride)] or poly[vinylbenzyl(tributylammonium chloride)].
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Kit, bei dem die Verstärkungssubstanz ein positiv geladenes polymeres quaternäres Ammoniumsalz und Fluorescein umfaßt, welches mit dem negativ geladenen Produkt der 1,2-Dioxetanverbindung, die nach der enzymkatalysierten Zersetzung der 1,2-Dioxetanverbindung gebildet wird, einen ternären Komplex bilden kann, wodurch eine Energieübertragung zwischen dem negativ geladenen Produkt und Fluorescein stattfindet und Lichtenergie durch das Fluorescein emittiert wird. Die zuvor erwähnten polymeren quaternären Ammoniumsalze werden bevorzugt in diesem Kit verwendet.According to a preferred embodiment, the invention relates to a kit in which the enhancing substance comprises a positively charged polymeric quaternary ammonium salt and fluorescein, which can form a ternary complex with the negatively charged product of the 1,2-dioxetane compound formed after enzyme-catalyzed decomposition of the 1,2-dioxetane compound, whereby energy transfer takes place between the negatively charged product and fluorescein and light energy is emitted by the fluorescein. The previously mentioned polymeric quaternary ammonium salts are preferably used in this kit.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zum Nachweis eines Enzyms in einer Probe, welches die folgenden Stufen umfaßt:Finally, the invention relates to a method for detecting an enzyme in a sample, which comprises the following steps:
(a) Bereitstellung einer enzymatisch spaltbaren chemilumineszierenden 1,2- Dioxetanverbindung, wie oben definiert;(a) providing an enzymatically cleavable chemiluminescent 1,2-dioxetane compound as defined above;
(b) Behandeln der 1,2-Dioxetanverbindung mit der das Enzym enthaltenden Probe, wobei das Enzym den enzymatisch spaltbaren labilen Substituenten aus der 1,2-Dioxetanverbindung unter Bildung eines negativ geladenen Substituenten, gebunden an die 1,2-Dioxetanverbindung, abspaltet, wobei der negativ geladene Substituent bewirkt, daß sich die 1,2-Dioxetanverbindung unter Bildung einer lumineszierenden Substanz, welche eine fluoreszierende chromophore Gruppe enthält, zersetzt; und(b) treating the 1,2-dioxetane compound with the sample containing the enzyme, whereby the enzyme cleaves the enzymatically cleavable labile substituent from the 1,2-dioxetane compound to form a negatively charged substituent bound to the 1,2-dioxetane compound, wherein the negatively charged substituent causes the 1,2-dioxetane compound to decompose to form a luminescent substance containing a fluorescent chromophoric group; and
(c) Nachweis der Iumineszierenden Substanz als Anzeichen für die Anwesenheit des Enzyms.(c) Detection of the luminescent substance as an indication of the presence of the enzyme.
Bei diesem Verfahren ist die Verwendung einer sauren oder alkalischen Phosphatase als Enzym und die Verwendung einer 1,2-Dioxetanverbindung, worin R&sub1; Methoxy und R&sub2; eine me ta-phosphatsubstituierte Phenoxygruppe bedeuten, bevorzugt. Ebenfalls ist die Verwendung von Galactosidase als Enzym und einer 1,2-Dioxetanverbindung, worin R&sub1; Methoxy und R&sub2; eine meta-β-D-Galactosid-substituierte Phenoxygruppe bedeuten, bevorzugt.This process involves the use of an acid or alkaline phosphatase as the enzyme and the use of a 1,2-dioxetane compound wherein R₁ is methoxy and R₂ is a me ta-phosphate-substituted phenoxy group is preferred. Also preferred is the use of galactosidase as the enzyme and a 1,2-dioxetane compound wherein R₁ is methoxy and R₂ is a meta-β-D-galactoside-substituted phenoxy group.
Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung für den Fachmann. Diese Beispiele sind nur zum Zwecke der Erläuterung angegeben und stellen keinerlei Einschränkungen, außer in den beigefügten Ansprüchen angegeben, dar. Alle Teile und Prozentangaben werden durch Gewicht pro Volumen, ausgenommen TLC-Lösungsgemische, welche durch Volumen pro Volumen angegeben werden, sofern nicht anders angegeben, ausgedrückt.The following examples serve to further explain the invention to those skilled in the art. These examples are given for purposes of illustration only and do not constitute limitations except as set forth in the appended claims. All parts and percentages are expressed by weight per volume, except for TLC solution mixtures which are expressed by volume per volume, unless otherwise specified.
Die ¹H-NMR-Werte, die in bestimmten der Beispiele für die Enolether- Zwischenprodukte angegeben werden, und die ein Index-Symbol (') verwenden, geben aromatische Protonen an, während Zahlen ohne Index in allen Fällen die Substituenten-Adamant-2'- yliden-Ringpositionen angeben, wie: The ¹H NMR values reported in certain of the examples for the enol ether intermediates using a subscript symbol (') indicate aromatic protons, while numbers without a subscript in all cases indicate the substituent adamant-2'-ylidene ring positions, such as:
200 g (1,64 mol) 3-Hydroxybenzaldehyd und 270 ml (1,93 mol) Triethylamin werden in einen Kolben gegeben, der 1 l Methylenchlorid enthält und sich in einem Eisbad befindet. Die entstehende braune Lösung wird mechanisch gerührt, und 212 ml (1,72 mol) Trimethylacetylchlorid werden in einem dünnen Strom durch einen Tropftrichter im Verlauf von 15 Minuten zugegeben. Die entstehende Aufschlämmung wird weitere 15 Minuten gerührt, das Eisbad wird entfernt, und die Reaktion kann dann weitere 2 Stunden ablaufen. TLC (KSF; 25% Aceton- Hexane) zeigt die Abwesenheit des Ausgangsmaterials und ein einzelnes Produkt mit etwas höherem Rf. Das Reaktionsgemisch wird in einen Scheidetrichter gegeben und mit 250 ml 1M Chlorwasserstoffsäure vermischt. Die organische Phase wird dann mit Wasser (2 · 400 ml) extrahiert und schließlich über Natriumsulfat getrocknet. Die getrocknete Lösung wird durch eine Silicagelschicht gegeben, auf dem Rotationsverdampfer eingedampft und dann unter Vakuum (1,0 mm Hg) gepumpt, wobei 348 g grünlich-braunes Öl erhalten werden: 3- Pivaloyloxybenzaldehyd, der unter Argonatmosphäre aufbewahrt wird.200 g (1.64 mol) of 3-hydroxybenzaldehyde and 270 mL (1.93 mol) of triethylamine are added to a flask containing 1 L of methylene chloride in an ice bath. The resulting brown solution is stirred mechanically and 212 mL (1.72 mol) of trimethylacetyl chloride is added in a thin stream through a dropping funnel over 15 min. The resulting slurry is stirred for an additional 15 min, the ice bath is removed, and the reaction is then allowed to proceed for an additional 2 h. TLC (KSF; 25% acetone-hexanes) shows the absence of starting material and a single product of slightly higher Rf. The reaction mixture is transferred to a separatory funnel and mixed with 250 mL of 1M hydrochloric acid. The organic phase is then extracted with water (2 x 400 ml) and finally dried over sodium sulfate. The dried solution is passed through a layer of silica gel, evaporated on the rotary evaporator and then pumped under vacuum (1.0 mm Hg) to obtain 348 g of greenish-brown oil: 3-pivaloyloxybenzaldehyde, which is stored under argon atmosphere.
400 mg p-Toluolsulfonsäure, gelöst in 25 ml Methanol, werden unter Rühren zu dem 3- Pivaloylbenzaldehyd von Beispiel I gegeben.400 mg of p-toluenesulfonic acid dissolved in 25 ml of methanol are added to the 3-pivaloylbenzaldehyde of Example I with stirring.
Trimethylorthoformiat (224 ml, 2,05 mol) wird dann tropfenweise zugegeben. Die geringfügig exotherme Reaktion konnte unkontrolliert ablaufen, während das Gemisch 1 Stunde gerührt wurde. ¹/&sub2; g Natriumbicarbonat wurde dann zugegeben, und der Kolben wurde auf einem Rotationsverdampfer (Badtemperatur 40ºC) zur Entfernung aller flüchtigen Stoffe gegeben. Das entstehende Öl wurde durch eine kurze Silicagelsäule unter Stickstoffdruck geleitet, wobei ein orange-braunes Öl erhalten wurde, welches im Vakuum (1 mm Hg) unter Rühren gepumpt wurde, wobei 426 g rohes 3-Pivaloyloxybenzaldehyddimethylacetal erhalten wurden. Die Infrarotanalyse zeigte keine Aldehydcarbonylabsorption (1695 cm&supmin;¹).Trimethyl orthoformate (224 mL, 2.05 mol) was then added dropwise. The slightly exothermic reaction was allowed to proceed uncontrolled while the mixture was stirred for 1 hour. ½ g of sodium bicarbonate was then added and the flask was placed on a rotary evaporator (bath temperature 40°C) to remove all volatiles. The resulting oil was passed through a short column of silica gel under nitrogen pressure to give an orange-brown oil which was pumped under vacuum (1 mm Hg) with stirring to give 426 g of crude 3-pivaloyloxybenzaldehyde dimethyl acetal. Infrared analysis showed no aldehyde carbonyl absorption (1695 cm-1).
Das rohe 3-Pivaloyloxybenzaldehyddimethylacetal von Beispiel 11 wird in 1 l Methylenchlorid, frisch destilliert über P&sub2;O&sub5;, unter Argonatmosphäre in einen 3-Liter-Kolben gegeben. Dann werden 347 ml (2,03 mol) Triethylphosphit auf einmal zugegeben. Der Kolben ist mit einem Septumeinlaßadapter ausgerüstet und wird in einem Trockeneis-Acetonbad unter geringem Argondruck gekühlt. Bortriffuoridetherat (249 ml, 2,03 mol) wird in mehreren Teilen mit einer Spritze unter heftigem Rühren zugegeben. Das entstehende Reaktionsgemisch wird bei -55ºC 2 Stunden gerührt und dann in einem Tiefkühlgerät bei -20ºC über Nacht aufbewahrt.The crude 3-pivaloyloxybenzaldehyde dimethyl acetal from Example 11 is added to 1 L of methylene chloride freshly distilled from P2O5 in a 3 L flask under an argon atmosphere. Then 347 mL (2.03 mol) of triethyl phosphite is added all at once. The flask is fitted with a septum inlet adapter and is cooled in a dry ice-acetone bath under a low pressure of argon. Boron trifluoride etherate (249 mL, 2.03 mol) is added in several portions by syringe with vigorous stirring. The resulting reaction mixture is stirred at -55°C for 2 hours and then stored in a freezer at -20°C overnight.
Danach wird der Kolben auf Raumtemperatur erwärmt, und sein Inhalt wird 4 Stunden gerührt. Die orange-braune Lösung wird sorgfältig in eine stark gerührte Aufschlämmung von 170 g Natriumbicarbonat in 800 ml Wasser in solcher Geschwindigkeit gegeben, daß ein heftiges Schäumen vermieden wird. Nach dem heftigen Rühren des zweiphasigen Gemisches während 1 Stunde werden die Schichten in einem Scheidetrichter getrennt, und die wäßrige Schicht wird erneut mit Methylenchlorid (2 · 250 ml) extrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte werden über Natriumsulfat getrocknet, konzentriert und im Vakuum destilliert, wobei 535 g Diethyl-1- methoxy-1-(3-pivaloyloxyphenyl)methanphosphonat als klares, hellgelbes Öl (Kp: 158-161ºC bei 0,25 mm Hg) erhalten werden. Dies entspricht einer 91%igen Ausbeute für das Gesamtverfahren der Beispiele I bis III:The flask is then warmed to room temperature and its contents are stirred for 4 hours. The orange-brown solution is carefully added to a vigorously stirred slurry of 170 g of sodium bicarbonate in 800 mL of water at a rate to avoid violent foaming. After vigorously stirring the two-phase mixture for 1 hour, the layers are separated in a separatory funnel and the aqueous layer is again extracted with methylene chloride (2 x 250 mL). The combined organic extracts are dried over sodium sulfate, concentrated and distilled in vacuo to give 535 g of diethyl 1-methoxy-1-(3-pivaloyloxyphenyl)methanephosphonate as a clear, light yellow oil (b.p. 158-161°C at 0.25 mm Hg). This corresponds to a 91% yield for the overall procedure of Examples I to III:
¹H-NMR (400 MHz, CDCl&sub3;): δ 1,21 und 1,25 (6H, 2t, 7 Hz, OCH&sub2;CH&sub3;), 3,37 (3H, s, ArCHOCH&sub3;), 3,80 (3H, s, ArOCH&sub3;), 3,90-4,10 (4H, m, OCH&sub2;CH&sub3;), 4,46 (1H, d, 15,6 Hz, ArCHPO), 6,85 (1H, m), 7,00 (2H, m), 7,26 (1H, m).1 H-NMR (400 MHz, CDCl3 ): ? 1.21 and 1.25 (6H, 2t, 7 Hz, OCH2 CH3 ), 3.37 (3H, s, ArCHOCH3 ), 3.80 (3H, s, ArOCH3 ), 3.90-4 .10 (4H, m, OCH2 CH3 ), 4.46 (1H, d, 15.6 Hz, ArCHPO), 6.85 (1H, m), 7.00 (2H, m), 7.26 (1H, m).
IR (rein): 2974, 1596, 1582, 1480, 1255 (P=O), 1098, 1050, 1020, 965 cm&supmin;¹.IR (pure): 2974, 1596, 1582, 1480, 1255 (P=O), 1098, 1050, 1020, 965 cm⁻¹.
Eine Lösung aus Diisopropylamin (11,6 ml, 82,8 mmol) in 75 ml Tetrahydrofuran wurde auf -78ºC in einem Trockeneis-Aceton-Bad unter Argonatmosphäre gekühlt. 30 ml 2,5 M Lösung von n-Butyllithium in Hexanen (Aldrich, 75,0 mmol) werden mit einer Spritze zugegeben, und nach dem Rühren der entstehenden Lithiumdiisopropylamidlösung während 20 Minuten werden 13,47 g (37,6 mmol) Diethyl-1-methoxy-1-(3-pivaloyloxyphenyl)methanphosphonat in 25 ml Tetrahydrofuran tropfenweise aus einem Tropftrichter im Verlauf von 5 Minuten zugege ben. Die entstehende rote Lösung wird bei niedriger Temperatur weitere 30 Minuten gerührt, um eine vollständige Bildung des Phosphonatcarbonions sicherzustellen.A solution of diisopropylamine (11.6 mL, 82.8 mmol) in 75 mL of tetrahydrofuran was cooled to -78 °C in a dry ice-acetone bath under an argon atmosphere. 30 mL of 2.5 M solution of n-butyllithium in hexanes (Aldrich, 75.0 mmol) was added via syringe and after stirring the resulting lithium diisopropylamide solution for 20 minutes, 13.47 g (37.6 mmol) of diethyl 1-methoxy-1-(3-pivaloyloxyphenyl)methanephosphonate in 25 mL of tetrahydrofuran was added dropwise from a dropping funnel over 5 minutes. The resulting red solution is stirred at low temperature for a further 30 minutes to ensure complete formation of the phosphonate carbonate ion.
Eine Lösung aus 4,99 g (30,1 mmol) 5-Hydroxyadamantan-2-on in 25 ml Tetrahydrofuran wird dann tropfenweise zugegeben. Das entstehende leicht trübe Gemisch wird 5 Minuten bei -78ºC gerührt und langsam auf Raumtemperatur im Verlauf von 40 Minuten erwärmt. Die Lösung, jetzt orange gefärbt, wird 50 Minuten am Rückfluß erhitzt, gekühlt mit 200 ml gesättigter Natriumbicarbonatlösung verdünnt und mit Ethylacetat (3 · 75 ml) extrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte wurden mit einer gesättigten Natriumchloridlösung gewaschen, schnell über Natriumsulfat getrocknet und konzentriert, wobei 12,49 g eines orangen Gummis, ein Gemisch aus phenolischem Enolether und seinem Pivaloatester erhalten wurde.A solution of 4.99 g (30.1 mmol) of 5-hydroxyadamantan-2-one in 25 mL of tetrahydrofuran is then added dropwise. The resulting slightly cloudy mixture is stirred at -78°C for 5 min and slowly warmed to room temperature over 40 min. The solution, now orange in color, is heated at reflux for 50 min, cooled, diluted with 200 mL of saturated sodium bicarbonate solution and extracted with ethyl acetate (3 x 75 mL). The combined organic extracts were washed with a saturated sodium chloride solution, dried quickly over sodium sulfate and concentrated to give 12.49 g of an orange gum, a mixture of phenolic enol ether and its pivaloate ester.
¹H-NMR (Pivaloatester, 400 MHz in CDCl&sub3;): δ 7,33 (1H, m, H-5'), 7,12 (1H, J = 7,7 Hz, ArH), 6,95-7,02 (2H, m, ArH), 3,43 (1H, br. s, H-1), 3,28 (3H, s, OMe), 2,79 (1H, br. s, H-3), 2,23 (1H, br. s, H-7), 1,59-1,87(11H, m); 1,34 (9H, s, COC(CH&sub3;)&sub3;).1 H-NMR (pivaloate ester, 400 MHz in CDCl3 ): ? 7.33 (1H, m, H-5'), 7.12 (1H, J = 7.7 Hz, ArH), 6.95-7.02 (2H, m, ArH), 3.43 (1H , br. s, H-1), 3.28 (3H, s, OMe), 2.79 (1H, br. s, H-3), 2.23 (1H, br. s, H-7) , 1.59-1.87(11H, m); 1.34 (9H, s, COC(CH3 )3 ).
IR (in CHCl&sub3;): 3590, 3442 (OH), 2924, 2848, 1742 (Ester C=O), 1665, 1602, 1578, 1426, 1274, 1152, 1118, 918 cm&supmin;¹).IR (in CHCl3 ): 3590, 3442 (OH), 2924, 2848, 1742 (ester C=O), 1665, 1602, 1578, 1426, 1274, 1152, 1118, 918 cm-1).
Dieses Gemisch wurde in Methanol aufgenommen und 3,5 Stunden in Anwesenheit von 10,7 g wasserfreiem Kaliumcarbonat am Rückfluß erhitzt. Das Methanol wurde dann abgestreift, und der Rückstand wurde zwischen Wasser und Ethylacetat verteilt. Die organische Schicht wurde mit einer gesättigten Natriumchloridlösung gewaschen und am Rotationsverdampfer zu einem Rückstand eingedampft, welcher aus Chloroform-Petrolether umkristallisiert wurde, wobei 6,5 g 3-(Methoxy-5-hydroxytricyclo[3.3.1.13,7]deo-2-ylidenmethyl)phenol als stumpf weißer Feststoff erhalten wurden (Fp. 171-172ºC). Weitere 0,80 g wurden aus der Mutterlauge erhalten, was eine Gesamtausbeute an phenolischem Enolether, bezogen auf 5-Hydroxyadamantan-2- on, von 79% entspricht.This mixture was taken up in methanol and heated to reflux for 3.5 hours in the presence of 10.7 g of anhydrous potassium carbonate. The methanol was then stripped off and the residue was partitioned between water and ethyl acetate. The organic layer was washed with saturated sodium chloride solution and rotary evaporated to a residue which was recrystallized from chloroform-petroleum ether to give 6.5 g of 3-(methoxy-5-hydroxytricyclo[3.3.1.13,7]deo-2-ylidenemethyl)phenol as a dull white solid (m.p. 171-172 °C). An additional 0.80 g was obtained from the mother liquor, giving an overall yield of phenolic enol ether based on 5-hydroxyadamantan-2-one of 79%.
¹H-NMR (400 MHz, in CDCl&sub3;): δ 7,18 (1H, dd, J = 8,4, 7,7 Hz, H-5'), 6,75-6,88 (3H, m, ArH), 6,36 (1H, br. s, ArOH), 3,41 (1H, br. s, H-1), 3,28 (3H, s, OMe), 2,79 (1H, br. s, H- 3), 2,22 (1H, br. s, H-7), 1,56-1,98 (11H, m).1 H-NMR (400 MHz, in CDCl3 ): ? 7.18 (1H, dd, J = 8.4, 7.7 Hz, H-5'), 6.75-6.88 (3H, m, ArH), 6.36 (1H, br. s, ArOH), 3.41 (1H, br. s, H-1), 3.28 (3H, s, OMe), 2.79 (1H, br. s, H-3), 2.22 (1H, br.s, H-7), 1.56-1.98 (11H, m).
IR (in CHCl&sub3;): 3586, 3320 (OH), 3000, 2920, 2844, 1665, 1590, 1578, 1445, 1296, 1092, 885 cm&supmin;¹.IR (in CHCl3 ): 3586, 3320 (OH), 3000, 2920, 2844, 1665, 1590, 1578, 1445, 1296, 1092, 885 cm-1.
HRMS berechnet für C&sub1;&sub8;H&sub2;&sub2;O&sub3;(M&spplus;) 286, 1573, gefunden 286, 1569.HRMS calcd for C₁₈H₂₂O₃(M⁺) 286, 1573, found 286, 1569.
Eine Lösung aus 5,04 g (17,6 mmol) 3-(Methoxy-5-hydroxytricyclo[3.3.1.13,7]dec-2- ylidenmethyl)phenol in 35 ml Tetrahydrofuran, hergestellt unter Argon, wurde mit 3,4 ml (24,6 mmol) Triethylamin vermischt und dann auf 0ºC in einem Eisbad abgekühlt. 2-Chlor-2-oxo- 1,3,2-dioxaphospholan (1,95 ml, 21,1 mmol) wurde tropfenweise unter Rühren zugegeben. Nach 5 Minuten wurde das Eisbad entfernt, und es wurde weitere 45 Minuten bei Raumtemperatur gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde mit 30 ml wasserfreiem Diethylether verdünnt und unter Argon filtriert, um Feuchtigkeit auszuschließen. Das Triethylaminhydrochlorid wurde dann wei ter mit 20 ml Diethylether gewaschen, das Filtrat wurde an einem Rotationsverdampfer konzentriert, wobei der Phosphattriester als viskoses helloranges Öl erhalten wurde.A solution of 5.04 g (17.6 mmol) of 3-(methoxy-5-hydroxytricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenol in 35 mL of tetrahydrofuran, prepared under argon, was mixed with 3.4 mL (24.6 mmol) of triethylamine and then cooled to 0 °C in an ice bath. 2-Chloro-2-oxo-1,3,2-dioxaphospholane (1.95 mL, 21.1 mmol) was added dropwise with stirring. After 5 minutes, the ice bath was removed and stirring was continued for 45 minutes at room temperature. The reaction mixture was diluted with 30 mL of anhydrous diethyl ether and filtered under argon to exclude moisture. The triethylamine hydrochloride was then further ter with 20 ml of diethyl ether, the filtrate was concentrated on a rotary evaporator to give the phosphate triester as a viscous light orange oil.
Der Triester wurde in 30 ml Dimethylformamid; das über Molekularsieben getrocknet war, unter Argon gelöst und 3,5 Stunden bei Raumtemperatur mit 1,02 g (20,8 mmol) trockenem Natriumcyanid, welches auf einmal zugegeben wurde, unter Rühren umgesetzt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum (1,0 mm Hg) unter Erhitzen auf 50ºC entfernt. Eine Probe des entstehenden orange-braunen Rückstands zeigte nach dem Lösen in Wasser und Durchführung der Umkehrphasen-Analysenchromatographie [0,1% Natriumbicarbonat (Wasser) - Acetonitrilgradient] an einer PLRP-Polystyrolsäule (Polymer Laboratories), eine vollständige Umsetzung des Zwischen-Cyanoethylphosphatdiesternatriumsalzes an.The triester was dissolved in 30 mL of dimethylformamide dried over molecular sieves under argon and reacted with 1.02 g (20.8 mmol) of dry sodium cyanide added all at once for 3.5 hours at room temperature with stirring. The solvent was removed in vacuo (1.0 mm Hg) with heating to 50°C. A sample of the resulting orange-brown residue, after dissolving in water and performing reverse phase analytical chromatography [0.1% sodium bicarbonate (water) - acetonitrile gradient] on a PLRP polystyrene column (Polymer Laboratories), indicated complete conversion of the intermediate cyanoethyl phosphate diester sodium salt.
Der Rückstand wurde dann in 35 ml Methanol aufgenommen und tropfenweise mit 4,85 ml einer 4,37 M Lösung (21,2 mmol) Natriummethoxid in Methanol unter Rühren während 30 Minuten bei Raumtemperatur behandelt. Die Umkehrphasen-analytische HPLC zeigte, daß die β-Eliminierung für den Phosphatmonoester vollständig war. Das Lösungsmittel wurde entfernt, und der Rückstand wurde mit 10% Wasser/Aceton unter Bildung eines gummiartigen Feststoffs verrieben. Ein weiteres Verreiben mit 3% Wasser/Aceton ergab einen harten, fast stumpf weißen Feststoff, welcher filtriert und im Vakuum (1,0 mm Hg) getrocknet wurde, wobei 8,35 g rohes Dinatrium-3-(methoxy-5-hydroxytricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenmethyl)phenylphosphat, kontaminiert mit anorganischen Salzen erhalten wurde.The residue was then taken up in 35 mL of methanol and treated dropwise with 4.85 mL of a 4.37 M solution (21.2 mmol) of sodium methoxide in methanol with stirring for 30 min at room temperature. Reverse phase analytical HPLC showed that β-elimination was complete for the phosphate monoester. The solvent was removed and the residue was triturated with 10% water/acetone to give a gummy solid. Further trituration with 3% water/acetone gave a hard, almost dull white solid which was filtered and dried in vacuo (1.0 mm Hg) to give 8.35 g of crude disodium 3-(methoxy-5-hydroxytricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenyl phosphate contaminated with inorganic salts.
Die präparative Umkehrphasen-HPLC unter Verwendung eines Wasser-Acetonitril- Gradienten an einer PLRP-Polystyrolsäule (Polymer Laboratories) und die Lyophilisierung der geeigneten Fraktionen ergaben 5,2 g (72%) gereinigte Verbindung als weißen, granulären Feststoft der bei 120ºC erweicht und zu einem hellbraunen Gum ni bei 163-168ºC schmilzt.Preparative reversed-phase HPLC using a water-acetonitrile gradient on a PLRP polystyrene column (Polymer Laboratories) and lyophilization of the appropriate fractions gave 5.2 g (72%) of purified compound as a white granular solid which softened at 120 °C and melted to a light brown gum at 163-168 °C.
¹H-NMR (400 MHz, in D&sub2;O). δ 7,16 (1H, dd, J = 8,3, 7; 4 Hz, H-5'), 7,05 (1H, d, J = 8,3 Hz, ArH), 6,93 (1H, br. s, H-2'), 6,86 (1H, d; J = 7,4 Hz, ArH), 3,2 (3H, s, OMe), 3; 17 (1H, br. s, H-1), 2,61 (1H, br. s, H-3), 2,06 (1H, br. s, H-7), 1,42-1,73 (IOH, m).1 H NMR (400 MHz, in D2 O). δ 7.16 (1H, dd, J = 8.3, 7; 4 Hz, H-5'), 7.05 (1H, d, J = 8.3 Hz, ArH), 6.93 (1H, br .s, H-2'), 6.86 (1H, d; J = 7.4 Hz, ArH), 3.2 (3H, s, OMe), 3; 17 (1H, br. s, H-1), 2.61 (1H, br. s, H-3), 2.06 (1H, br. s, H-7), 1.42-1.73 (IOH, m).
Die Elementaranalyse zeigte, daß das Phosphatsalz als Dihydrat vorlag. Analyse berechnet für C&sub1;&sub8;H&sub2;&sub1;Na&sub2;O&sub6;P·2H&sub2;O: C, 48,44, H, 5,65, P, 6,94. Gefunden: C, 48,37, H, 5,90, P, 6,87.Elemental analysis showed that the phosphate salt was present as a dihydrate. Analysis calculated for C18H21Na2O6P·2H2O: C, 48.44, H, 5.65, P, 6.94. Found: C, 48.37, H, 5.90, P, 6.87.
Eline Lösung aus 0,8 g Dinatrium-3-(methoxy-5-hydroxytricyclo[3.3.1.13,7]dec-2- ylidenmethyl)phenylphosphat in 96 ml 25%igem wasserfreiem Methanol/Chloroform, enthaltend 5,35 · 10&supmin;&sup5; M Methylenblau-Sensibilisierungsfarbstoffwurde auf drei Glasreagensgläser verteilt. Jedes Glas wurde daün auf 5ºC in einem Wasserbad gekühlt und mit Sauerstoff gesättigt, indem ein Gasstrom durch die Lösung geleitet wurde. Nach 5 Minuten, während noch Sauerstoff durch die Lösung durchperlte, wurden die Gläser mit Licht einer 250 Watt Hochdruck- Natriumdampflampe bestrahlt, während die Temperatur bei 5ºC gehalten wurde. Ein 5 mil dickes Stück aus Kapton-Polyimidfilm (duPont) wurde zwischen die Natriumdainpflampe und die Gläser gegeben, um nichterwünschte UV-Einstrahlung herauszufiltrieren. Nach 20 Minuten Bestrah lung hatten sich die Lösungen rosa verfärbt. Die analytische Umkehrphasen-HPLC [0,1% Natriumbicarbonat (Wasser - Acetonitrilgradient)] an einer PLRP-Polystyrolsäule (Polymer Laboratories) zeigte zwei Produktpeaks: einen früh eluierenden, verbreiterten Peak (Retentionszeit 3,79 Minuten) und einen später eluierenden scharfen Peak (Retentionszeit 5,77 Minuten). Das Verhältnis von dem früher eluierenden Produkt (A) zum später eluierenden Produkt (B) betrug 1,3 : 1 in jeder Lösung der Reagensgläser.A solution of 0.8 g of disodium 3-(methoxy-5-hydroxytricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenyl phosphate in 96 ml of 25% anhydrous methanol/chloroform containing 5.35 x 10-5 M methylene blue sensitizing dye was dispensed into three glass test tubes. Each tube was then cooled to 5°C in a water bath and saturated with oxygen by passing a gas stream through the solution. After 5 minutes, while oxygen was still bubbling through the solution, the tubes were irradiated with light from a 250 watt high pressure sodium vapor lamp while maintaining the temperature at 5°C. A 5 mil thick piece of Kapton polyimide film (duPont) was placed between the sodium vapor lamp and the tubes to filter out unwanted UV radiation. After 20 minutes of irradiation After chromatography, the solutions had turned pink. Analytical reversed-phase HPLC [0.1% sodium bicarbonate (water - acetonitrile gradient)] on a PLRP polystyrene column (Polymer Laboratories) showed two product peaks: an early-eluting broadened peak (retention time 3.79 minutes) and a later-eluting sharp peak (retention time 5.77 minutes). The ratio of the earlier-eluting product (A) to the later-eluting product (B) was 1.3:1 in each tube solution.
Die Lösungen wurden vereinigt, und das Lösungsmittel wurde im Vakuum (25,0 mm Hg) auf Eisbad entfernt. Der Rückstand wurde in 70 ml Wasser gelöst und durch eine 0,45 um Nylonmembran filtriert. Die präparative Umkehrphasen-HPLC (Wasser-Acetonitrilgradient) trennte leicht zwei Produkte.The solutions were combined and the solvent was removed in vacuo (25.0 mm Hg) on ice bath. The residue was dissolved in 70 mL of water and filtered through a 0.45 µm nylon membrane. Reverse-phase preparative HPLC (water-acetonitrile gradient) easily separated two products.
Eine Kombination der entsprechenden Fraktionen der präparativen HPLC, gefolgt von analytischer HPLC, zeigte, daß sie homogen waren. Die Lyophilisierung ergab 0,32 g eines Produkts (A) und 0; 26 g eines anderen Produkts (B), wobei durch ¹H-NMR gezeigt werden konnte,- daß sie Isomere (syn und anti) 1,2-Dioxetane waren, nämlich syn-Dinatrium-3-(4-methoxyspiro- (1,2-Dioxetan-3,2'-(5'-hydroxy)tricyclo[3.3.1.13,7]decan)-4-yl)phenylphosphat: Combination of the corresponding fractions from preparative HPLC followed by analytical HPLC showed that they were homogeneous. Lyophilization gave 0.32 g of one product (A) and 0.26 g of another product (B) which were shown by 1H NMR to be isomers (syn and anti) of 1,2-dioxetanes, namely syn-disodium 3-(4-methoxyspiro-(1,2-dioxetane-3,2'-(5'-hydroxy)tricyclo[3.3.1.13,7]decan)-4-yl)phenyl phosphate:
und sein anti-Isomer (anti-Dinatrium-3-(4-methoxyspiro-[1,2-Dioxetan-3,2'-(5'-hydroxy)- tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl)phenylphosphat): and its anti-isomer (anti-disodium-3-(4-methoxyspiro-[1,2-dioxetane-3,2'-(5'-hydroxy)-tricyclo[3.3.1.13,7]decan]-4-yl )phenyl phosphate):
Jedes dieser Isomere erzeugte Chemilumineszenz mit einzigartigem Licht (Wellenlänge) gegenüber der Zeit und Geräuschprofilen bei Spaltung bei pH 10 in wäßrigem Puffermedium mit alkalischer Phosphatase.Each of these isomers produced chemiluminescence with unique light (wavelength) versus time and noise profiles upon cleavage at pH 10 in aqueous buffer medium containing alkaline phosphatase.
¹H-NMR (A Isomeres, 400 MHz in D&sub2;O): δ 6,98-7,6 (4H, m, ArH), 3,11 (3H, s, OMe), 2,97 (1H, br. s, H-1), 2,34 (1H, br. s, H-3), 1,79 (1H, br. s, H-7), 1,3-1,68 (8H, m), 1,01 (1H, d,J = 13,5 Hz), 0,9(1H, d,J = 13 Hz).1 H NMR (A isomer, 400 MHz in D2 O): ? 6.98-7.6 (4H, m, ArH), 3.11 (3H, s, OMe), 2.97 (1H, br. s, H-1), 2.34 (1H, br. s , H-3), 1.79 (1H, br. s, H-7), 1.3-1.68 (8H, m), 1.01 (1H, d,J = 13.5 Hz), 0.9(1H, d,J = 13 Hz).
¹H-NMR (B-Isomeres, 400 MHz in D&sub2;O): δ 6,94-7,62 (4H, m, ArH), 3,09 (3H, s, OMe), 2,91 (1H, br. s, H-1), 2,27 (1H, br. s, H-3), 1,84 (1H, br. s, H-7), 1,21-1,75 (8H, m), 1,02 (1H, d, J = 12,8 Hz), 0,87 (1H, d, J = 12,8 Hz).1 H NMR (B isomer, 400 MHz in D2 O): ? 6.94-7.62 (4H, m, ArH), 3.09 (3H, s, OMe), 2.91 (1H, br. s, H-1), 2.27 (1H, br. s , H-3), 1.84 (1H, br. s, H-7), 1.21-1.75 (8H, m), 1.02 (1H, d, J = 12.8 Hz), 0.87 (1H, d, J = 12.8 Hz).
Die Elementaranalyse zeigte, daß das Isomere B als Dihydrat vorlag. Analyse berechnet für C&sub1;&sub8;H&sub2;&sub2;Na&sub2;O&sub8;P·2H&sub2;O (Isomeres B): C, 45,2, H, 5,27, P, 6,47. Gefunden: C, 45,53, H, 5,35, P, 6,11.Elemental analysis showed that isomer B was present as the dihydrate. Analysis calculated for C₁₈H₂₂Na₂O₈P·2H₂O (isomer B): C, 45.2, H, 5.27, P, 6.47. Found: C, 45.53, H, 5.35, P, 6.11.
Auf der Grundlage der ¹H-NMR-Werte war es nicht möglich, spezifisch zu bestimmen, welches der beiden erhaltenen Isomeren das syn-Isomere und welches das anti-Isomere war.Based on the ¹H NMR data, it was not possible to specifically determine which of the two obtained isomers was the syn isomer and which was the anti isomer.
Es wurde allgemein dem Verfahren von Beispiel IV oben gefolgt. Eine Lösung aus 5,35 ml (38,2 mmol) Diisopropylamin in 35 ml Tetrahydrofuran wurde auf -78ºC in einem Eisbad unter Argonatmosphäre abgekühlt. 14 ml einer 2,5 M Lösung aus n-Butyllithium in Hexanen (35,0 mmol) wurden mit einer Spritze zugegeben, und nach dem Rühren während 20 Minuten wurden 10,86 g (30,3 mmol) Diethyl-1-methoxy-1-(3-pivaloyloxyphenyl)methanphosphonat in 30 ml Tetrahydrofuran tropfenweise im Verlauf von 10 Minuten zugegeben. Die entstehende orange Lösung wurde bei niedriger Temperatur 1 Stunde gerührt, dann mit einer Lösung aus 5,21 g (22,75 mmol) 5-Bromadamantan-2-on in 20 ml Tetrahydrofuran im Verlauf von 7 Minuten unter Rühren vermischt. Es wurde weitere 10 Minuten gerührt. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Kältebad entfernt, und das Reaktionsgemisch konnte sich langsam auf Raumtemperatur im Verlauf von 1 Stunde erwärmen.The procedure of Example IV above was generally followed. A solution of 5.35 mL (38.2 mmol) of diisopropylamine in 35 mL of tetrahydrofuran was cooled to -78°C in an ice bath under an argon atmosphere. 14 mL of a 2.5 M solution of n-butyllithium in hexanes (35.0 mmol) was added by syringe and after stirring for 20 minutes, 10.86 g (30.3 mmol) of diethyl 1-methoxy-1-(3-pivaloyloxyphenyl)methanephosphonate in 30 mL of tetrahydrofuran was added dropwise over 10 minutes. The resulting orange solution was stirred at low temperature for 1 hour, then mixed with a solution of 5.21 g (22.75 mmol) of 5-bromoadamantan-2-one in 20 mL of tetrahydrofuran over 7 minutes with stirring. Stirring was continued for 10 minutes. At this time, the cold bath was removed and the reaction mixture was allowed to warm slowly to room temperature over 1 hour.
Die Lösung wurde dann 1 weitere Stunde am Rückfluß erhitzt, abgekühlt, mit 100 ml Hexanen verdünnt und in einen Scheidetrichter gegeben, der eine gesättigte wäßrige Natriumbicarbonatlösung enthielt und mit 10%igem Ethylacetat in Hexanen (3 · 50 ml) extrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte wurden mit wäßriger 15%iger Natriumchloridlösung gewaschen, schnell über Natriumsulfat getrocknet und konzentriert, wobei 11,62 g eines hellorangen viskosen Öls erhalten wurden. Eine Stopfenfiltration auf einer kurzen Silicagelsäule unter Eluierung mit 10% Ethylacetat in n-Hexanen ergab 11,0 g gelblich-grünen Gummi.The solution was then heated at reflux for an additional 1 hour, cooled, diluted with 100 mL of hexanes, and transferred to a separatory funnel containing a saturated aqueous sodium bicarbonate solution and extracted with 10% ethyl acetate in hexanes (3 x 50 mL). The combined organic extracts were washed with 15% aqueous sodium chloride solution, dried quickly over sodium sulfate, and concentrated to give 11.62 g of a light orange viscous oil. Plug filtration on a short silica gel column eluting with 10% ethyl acetate in n-hexanes gave 11.0 g of a yellowish-green gum.
¹H-NMR (Pivaloylester, 400 MHz in CDCl&sub3;): δ 7,34 (1H, t, J = 7,8 Hz, H-5'), 7,1 (1H, d, J = 7,7 Hz, ArH), 6,95-7,02 (2H, m, ArH), 3,39 (1H, br. s, H-1), 3,28 (3H, s, OMe), 2,74 (1H, br. s, H-3), 2,32-2,51 (6H, m, H-4, H-6, H-9), 2; 17 (1H, br. s, H-7), 1,67-1,92 (4H, m, H-8, H-10), 1,34 (9H, s, COC(CH&sub3;)&sub3;):1 H-NMR (pivaloyl ester, 400 MHz in CDCl3 ): ? 7.34 (1H, t, J = 7.8 Hz, H-5'), 7.1 (1H, d, J = 7.7 Hz, ArH), 6.95-7.02 (2H, m , ArH), 3.39 (1H, br. s, H-1), 3.28 (3H, s, OMe), 2.74 (1H, br. s, H-3), 2.32-2 .51 (6H, m, H-4, H-6, H-9), 2; 17 (1H, br. s, H-7), 1.67-1.92 (4H, m, H-8, H-10), 1.34 (9H, s, COC(CH3 )3 ) :
IR (rein): 2924, 2850, 1745 (Ester C=O), 1654, 1602, 1578, 1478, 1274, 1110, 1018, 808, 758 cm&supmin;¹.IR (pure): 2924, 2850, 1745 (ester C=O), 1654, 1602, 1578, 1478, 1274, 1110, 1018, 808, 758 cm⁻¹.
Dieser Gummi wurde in Methanol aufgenommen und 2 Stunden mt 2,4 g wasserfreiem Kaliumcarbonat am Rückfluß erhitzt. Das Methanol wurde dann entfernt, und der Rückstand wurde zwischen Wasser und 30% Ethylacetat in Hexanen verteilt. Die organische Schicht wurde mit einer wäßrigen gesättigten Natriumchloridlösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und konzentriert, wobei 9,32 g eines gelben Gummis erhalten wurden. Der Gummi wurde an Silicagel Flash-chromatographiert, wobei 7,06 g (88% Ausbeute, bezogen auf 5- Bromadamantan-2-on) eines gelblichen Gummis erhalten wurden, der nicht kristallisiert werden konnte: IR und NMR zeigten jedoch an, daß die erhaltene Verbindung 3-(Methoxy-5- bromtricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenmethyl)phenol war, welches rein genug war, um es bei der Phosphorylierungsreaktion zu verwenden.This gum was taken up in methanol and refluxed with 2.4 g of anhydrous potassium carbonate for 2 hours. The methanol was then removed and the residue was partitioned between water and 30% ethyl acetate in hexanes. The organic layer was washed with an aqueous saturated sodium chloride solution, dried over sodium sulfate and concentrated to give 9.32 g of a yellow gum. The gum was flash chromatographed on silica gel to give 7.06 g (88% yield based on 5-bromoadamantan-2-one) of a yellowish gum which could not be crystallized: however, IR and NMR indicated that the resulting compound was 3-(methoxy-5-bromotricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenol, which was pure enough to be used in the phosphorylation reaction.
Eine Probe der reinen phenolischen Verbindung wurde aus 3-(Methoxy-5- bromtricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenmethyl)phenylacet, wie folgt erhalten: die unreine phenolische Verbindung (5,57 g, 15,95 mmol) wurde in 30 ml Pyridin, welches über Molekularsieben getrocknet war, unter Argonatmosphäre gelöst. 50 mg 4-Dimethylaminopyridin wurden als Katalysator zugegeben. Danach wurden 1,8 ml (19,15 mmol) Essigsäureanhydrid mit einer Spritze zugegeben, und das Reaktionsgemisch wurde bei Raumtemperatur 3 Stunden gerührt.A sample of the pure phenolic compound was obtained from 3-(methoxy-5-bromotricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenylacet as follows: the impure phenolic compound (5.57 g, 15.95 mmol) was dissolved in 30 mL of pyridine dried over molecular sieves under argon atmosphere. 50 mg of 4-dimethylaminopyridine was added as a catalyst. Then 1.8 mL (19.15 mmol) of acetic anhydride was added via syringe and the reaction mixture was stirred at room temperature for 3 hours.
Das Reaktionsgemisch wurde dann in einen Scheidetrichter übertragen, welcher 250 ml wäßrige gesättigte Natriumbicarbonatlösung enthielt, und dann mit 10% Ethylacetat in Hexanen (2 · 100 ml) extrahiert. Die vereinigten Extrakte wurden mehrere Male mit Wasser gewaschen und dann über Natriumsulfat schnell getrocknet. Die getrocknete Lösung wurde in einem Rotationsverdampfer konzentriert, und der Rückstand wurde aus n-Hexan, enthaltend einige Tropfen Ethylacetat, umkristallisiert. Der so erhaltene stumpf weiße Feststoff wurde erneut umkristallisiert, wobei 5; 21 g (83,5% Ausbeute) des Acetats, Fp. 108-110ºC, erhalten wurden.The reaction mixture was then transferred to a separatory funnel containing 250 mL of aqueous saturated sodium bicarbonate solution and then extracted with 10% ethyl acetate in hexanes (2 x 100 mL). The combined extracts were washed several times with water and then dried quickly over sodium sulfate. The dried solution was concentrated in a rotary evaporator and the residue was recrystallized from n-hexane containing a few drops of ethyl acetate. The resulting dull white solid was recrystallized again to give 5;21 g (83.5% yield) of the acetate, mp 108-110 °C.
HRMS berechnet für C&sub2;&sub0;H&sub2;&sub3;BrO&sub3;(M&spplus;) 390,0833, gefunden, 390,0831.HRMS calcd for C20H23BrO3(M+) 390.0833, found, 390.0831.
¹H-NMR (400 MHz in CDCl&sub3;): δ 7,35 (1H, dd, J = 8, 7,7 Hz, H-5'), 7,13 (1H; dd, J = 7,7, 1 Hz, ArH), 7,03 (1H, dd, J = 8, 1 Hz, ArH), 5,99 (1H, d, 1 Hz, H-2'), 3,39 (1H, br. s, H- 1), 3,27 (3H, s, OMe), 2,75 (1H, br. s, H-3), 2,32-2,51 (6H, M, H-4, H-6, H-9), 2,29 (3H, s, OAc), 2,18 (1H, br. s, H-7), 1,69-1,92 (4H, m, H-8, H-10).1 H-NMR (400 MHz in CDCl3 ): ? 7.35 (1H, dd, J = 8, 7.7 Hz, H-5'), 7.13 (1H; dd, J = 7.7, 1 Hz, ArH), 7.03 (1H, dd , J = 8, 1 Hz, ArH), 5.99 (1H, d, 1 Hz, H-2'), 3.39 (1H, br. s, H- 1), 3.27 (3H, s , OMe), 2.75 (1H, br. s, H-3), 2.32-2.51 (6H, M, H-4, H-6, H-9), 2.29 (3H, s, OAc), 2.18 (1H, br. s, H-7), 1.69-1.92 (4H, m, H-8, H-10).
IR (in CHCl&sub3;): 3000, 2930, 2850, 1760 (Ester C=O), 1660, 1602, 1577, 1868, 1192, 1095, 1070, 1016, 804 cm&supmin;¹.IR (in CHCl3 ): 3000, 2930, 2850, 1760 (ester C=O), 1660, 1602, 1577, 1868, 1192, 1095, 1070, 1016, 804 cm-1.
Die Behandlung des umkristallisierten Acetats mit Kaliumcarbonat in Methanol während 15 Stunden bei Raumtemperatur ergab 3-(Methoxy-5-bromtricyclo[3.3.1.13,7]dec-2- ylidenmethyl)phenol, Fp. 42-45ºC, als weißen, bröckeligen Schaum, der nicht weiter umkristallisiert werden konnte.Treatment of the recrystallized acetate with potassium carbonate in methanol for 15 hours at room temperature gave 3-(methoxy-5-bromotricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenol, m.p. 42-45 °C, as a white, friable foam which could not be further recrystallized.
¹H-NMR (400 MHz in CDCl&sub3;): δ 7,21 (1H, t, J = 7,2 Hz, H-5'), 6,73-6,85 (3H, m, ArH), 5,18 (1H, s, ArOH), 3,38 (1H, br. s, H-1), 3,28 (3H, s, OMe), 2,74 (1H, br. s, H-3), 2,3- 2,52 (6H, m, H-4, H-6, H-9), 2,17 (1H, br. s, H-7), 1,68-1,92 (4H, m, H-8, H-10).1 H-NMR (400 MHz in CDCl3 ): ? 7.21 (1H, t, J = 7.2 Hz, H-5'), 6.73-6.85 (3H, m, ArH), 5.18 (1H, s, ArOH), 3.38 (1H, br. s, H-1), 3.28 (3H, s, OMe), 2.74 (1H, br. s, H-3), 2.3- 2.52 (6H, m, H-4, H-6, H-9), 2.17 (1H, br. s, H-7), 1.68-1.92 (4H, m, H-8, H-10).
IR (in CHCl&sub3;): 3584, 3320 (OH), 2925, 2850, 1665, 1588, 1578, 1445, 1435, 1092, 1080, 1015, 880, 808 cm&supmin;¹.IR (in CHCl3 ): 3584, 3320 (OH), 2925, 2850, 1665, 1588, 1578, 1445, 1435, 1092, 1080, 1015, 880, 808 cm-1.
Es wurde erneut dem allgemeinen Verfahren von Beispiel IV oben gefolgt. Eine Lösung aus 2,97 ml (21,3 mmol) Diisopropylamin in 21 ml Tetrahydrofuran wurde auf -78ºC in einem Trockeneis-Acetonbad und unter Argonatmosphäre gekühlt, mit 8,5 ml einer 2,5 M Lösung von n-Butyllithium in Hexanen (21,3 mmol) vermischt, welches tropfenweise mit einer Spritze zugegeben wurde, und während 20 Minuten gerührt. Diethyl-1-methoxy-1-(3-pivaloyloxyphenyl)methanphosphonat (7,26 g, 20,3 mmol) in 20 ml Tetrahydrofuran wurde dann tropfenweise mit einer Spritze im Verlauf von 10 Minuten zugegeben, und die Lösung wurde bei niedriger Temperatur 1 Stunde gerührt.The general procedure of Example IV above was again followed. A solution of 2.97 mL (21.3 mmol) of diisopropylamine in 21 mL of tetrahydrofuran was cooled to -78°C in a dry ice-acetone bath and under an argon atmosphere, mixed with 8.5 mL of a 2.5 M solution of n-butyllithium in hexanes (21.3 mmol) added dropwise by syringe, and stirred for 20 minutes. Diethyl 1-methoxy-1-(3-pivaloyloxyphenyl)methanephosphonate (7.26 g, 20.3 mmol) in 20 mL of tetrahydrofuran was then added dropwise by syringe over 10 minutes, and the solution was stirred at low temperature for 1 hour.
Eine Lösung aus 2,79 g (15,2 mmol) 5-Chloradamantan-2-on in 15 ml Tetrahydrofuran wurde im Verlauf von 5 Minuten zugegeben und nach dem Rühren bei niedriger Temperatur während 10 Minuten wurde das Kältebad entfernt und das Gemisch bis Raumtemperatur erwärmt. Das Gemisch wurde dann 1,5 Stunden am Rückfluß erhitzt, gekühlt, mit 50 ml n- Hexanen verdünnt und in einen Scheidetrichter, welcher 150 ml einer wäßrigen gesättigten Natriumbicarbonatlösung enthielt, gegeben. Die Extraktion mit 5%igem Ethylacetat-n-Hexan wurde durch Trocknen der vereinigten organischen Fraktionen, ihre Konzentration und Pumpen im Vakuum (1,0 mm Hg) gefolgt, wobei ein Rückstand erhalten wurde, welcher an Silicagel chromatographiert wurde, wobei 5,15 g des höheren Rf 3-(Methoxy-5-chlortricyclo[3.3.1.13,7]dec-2- ylidenmethyl)phenyltrimethylacetat als farbloses Öl (Struktur, bestätigt durch IR und NMR) und 0,865 g später eluierendes Material, zusammengesetzt hauptsächlich aus dem entsprechenden Phenol, erhalten wurden. Diese letztere Fraktion wurde mit Pivaloylchlorid und Triethylamin in Methylenchlorid (vergleiche obiges Beispiel I) reacyliert und anschließend chromatographiert, wobei weitere 0,35 g Pivaloylester (93% Gesamtausbeute, bezogen auf 5-Chloradamantan-2-on) erhalten wurden.A solution of 2.79 g (15.2 mmol) of 5-chloroadamantan-2-one in 15 mL of tetrahydrofuran was added over 5 minutes and after stirring at low temperature for 10 minutes, the cold bath was removed and the mixture warmed to room temperature. The mixture was then heated at reflux for 1.5 hours, cooled, diluted with 50 mL of n-hexanes and poured into a separatory funnel containing 150 mL of an aqueous saturated sodium bicarbonate solution. Extraction with 5% ethyl acetate-n-hexane was followed by drying the combined organic fractions, concentrating them and pumping in vacuo (1.0 mm Hg) to give a residue which was chromatographed on silica gel to give 5.15 g of the higher Rf 3-(methoxy-5-chlorotricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenyltrimethylacetate as a colorless oil (structure confirmed by IR and NMR) and 0.865 g of late eluting material composed mainly of the corresponding phenol. This latter fraction was reacylated with pivaloyl chloride and triethylamine in methylene chloride (see Example I above) and then chromatographed to give an additional 0.35 g of pivaloyl ester (93% overall yield based on 5-chloroadamantan-2-one).
¹H-NMR (Pivaloylester, 400 MHz, in CDCl&sub3;): δ 7,36 (1H, t, J = 7,8 Hz, H-5'), 7,13 (1H, d, J = 7; 7 Hz, ArH), 6,98-7,04 (2H, m, ArH), 3,45 (1H, br. s, H-1), 3,3 (3H, s, OMe), 2,8 (1H, br. s, H-3), 2,13-2,32 (7H, m, H-4, H-6, H-7, H-9), 1,65-1,9 (4H, m, H-8, H-10), 1,36 (9H, s, COC(CH&sub3;)&sub3;).1 H-NMR (pivaloyl ester, 400 MHz, in CDCl3 ): ? 7.36 (1H, t, J = 7.8 Hz, H-5'), 7.13 (1H, d, J = 7; 7 Hz, ArH), 6.98-7.04 (2H, m , ArH), 3.45 (1H, br. s, H-1), 3.3 (3H, s, OMe), 2.8 (1H, br. s, H-3), 2.13-2 .32 (7H, m, H-4, H-6, H-7, H-9), 1.65-1.9 (4H, m, H-8, H-10), 1.36 (9H , s, COC(CH3 )3 ).
IR (rein): 2932, 2835, 1750 (Ester C=O), 1664, 1602, 1578, 1478, 1274, 1112, 1022, 827, 758 cm&supmin;¹.IR (pure): 2932, 2835, 1750 (ester C=O), 1664, 1602, 1578, 1478, 1274, 1112, 1022, 827, 758 cm⁻¹.
Die vereinigten Pivaloylesterfraktionen (5,5 g, 14,1 mmol) wurden in 40 ml Methanol aufgenommen und mit 5,37 g wasserfreiem Kaliumcarbonat während 40 Minuten am Rückfluß erhitzt. Der nach dem Abstreifen des Methanols verbleibende Rückstand wurde zwischen Wasser und 30% Ethylacetat-Hexanen verteilt, und die organischen Fraktionen wurden konzentriert und an einer kurzen Silicagelsäule stopfenfiltriert, wobei 4,07 g (88% Ausbeute, bezogen auf 5- Chloradamantan-2-on) 3-(Methoxy-5-chlortricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenmethyl)phenol als bröckeliger weißer Schaum, der an der Luft etwas klebrig wurde, erhalten wurden.The combined pivaloyl ester fractions (5.5 g, 14.1 mmol) were taken up in 40 mL of methanol and heated to reflux with 5.37 g of anhydrous potassium carbonate for 40 minutes. The residue remaining after stripping off the methanol was partitioned between water and 30% ethyl acetate-hexanes, and the organic fractions were concentrated and plug filtered on a short silica gel column to give 4.07 g (88% yield based on 5-chloroadamantan-2-one) of 3-(methoxy-5-chlorotricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenol as a friable white foam which became slightly sticky on exposure to air.
HRMS berechnet für C&sub1;&sub8;H&sub2;&sub1;ClO&sub2;(M&spplus;) 304, 1227, gefunden 304, 1230.HRMS calcd for C₁₈H₂₁ClO₂(M⁺) 304, 1227, found 304, 1230.
¹H-NMR (400 MHz, in CDCl&sub3;): δ 7,23 (1H, J = 7,7, 7,6 Hz H-5') 6,85d, J = 7,6 Hz, ArH), 6,77-6,83 (2H, m, ArH), 3,44 (1H, br. s, H-1), 3,31 (3H, s, OMe), 2,8 (1H, br. s, H-3), 2,1-2,31 (7H, m, H-4, H-6, H-7, H-9), 1,65-1,89 (4H, m, H-8, H-10).1 H-NMR (400 MHz, in CDCl3 ): ? 7.23 (1H, J = 7.7, 7.6 Hz H-5') 6.85d, J = 7.6 Hz, ArH), 6.77-6.83 (2H, m, ArH), 3.44 (1H, br. s, H-1), 3.31 (3H, s, OMe), 2.8 (1H, br. s, H-3), 2.1-2.31 (7H , m, H-4, H-6, H-7, H-9), 1.65-1.89 (4H, m, H-8, H-10).
IR (in CHCl&sub3;): 3590, 3330 (OH), 2930, 2855, 1655, 1590, 1580, 1440, 1295, 1094, 1080, 1022, 880, 826 cm&supmin;¹.IR (in CHCl3 ): 3590, 3330 (OH), 2930, 2855, 1655, 1590, 1580, 1440, 1295, 1094, 1080, 1022, 880, 826 cm-1.
3-(Methoxy-5-bromtricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenmethyl)phenol (1,49 g, 4,26 mmol) wurde in 8,5 ml: wasserfreiem Ethylenglykol gelöst und dann: mit 0,28 g Kallumcarbonat in ein dicht verschlossenes Glasrohr gegeben. Das Rohr wurde in einem Ölbad bei 110ºC 7 Stunden erhitzt. Der Inhalt wurde dann im Vakuum (1,0 mm Hg) unter Erhitzen konzentriert. Der Rückstand wurde zwischen gesättigter Natriumchloridlösung und Ethylacetat verteilt. Die organische Fraktion wurde dann abgestreift und an einer kurzen Silicagelsäule chromatographiert, wobei 1,31 g (92% Ausbeute, bezogen auf das Phenol-Ausgangsmaterial) an 3-(Methoxy-5-(2- hydroxy)ethoxytricyclo[3.3.1.1.3,7]dec-2-ylidenmethyl)phenol als stumpf weißer Schaum erhalten wurden.3-(Methoxy-5-bromotricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenol (1.49 g, 4.26 mmol) was dissolved in 8.5 mL of anhydrous ethylene glycol and then added to a tightly sealed glass tube with 0.28 g of potassium carbonate. The tube was heated in an oil bath at 110 °C for 7 h. The contents were then concentrated in vacuo (1.0 mm Hg) with heating. The residue was partitioned between saturated sodium chloride solution and ethyl acetate. The organic fraction was then stripped and chromatographed on a short column of silica gel to give 1.31 g (92% yield based on the phenol starting material) of 3-(methoxy-5-(2-hydroxy)ethoxytricyclo[3.3.1.1.3,7]dec-2-ylidenemethyl)phenol as a dull white foam.
¹H-NMR (400 MHz, in CDCl&sub3;): δ 7,19 (1H, t, J = 7,6 Hz, H-5'), 6,83 (1H, d, J = 7,6 Hz, ArH), 6,73-6,80 (2H, m, ArH), 5,83 (1H, s, ArOH); 3,67 (211, m, OCH&sub2; CH&sub2; OH), 3,51 (2H, t, J = 4,6 Hz, OCH&sub2;CH&sub2;OH), 3,44 (1H, br. s, H-1), 3,28 (3H, s, OMe), 2,81 (1H, br. s, H-3), 2,24 (1H, br. s, H-7), 1,55-1,90 (10H, m).1 H-NMR (400 MHz, in CDCl3 ): ? 7.19 (1H, t, J = 7.6 Hz, H-5'), 6.83 (1H, d, J = 7.6 Hz, ArH), 6.73-6.80 (2H, m , ArH), 5.83 (1H, s, ArOH); 3.67 (211, m, OCH2 CH2 OH), 3.51 (2H, t, J = 4.6 Hz, OCH2 CH2 OH), 3.44 (1H, br. s, H-1 ), 3.28 (3H, s, OMe), 2.81 (1H, br. s, H-3), 2.24 (1H, br. s, H-7), 1.55-1.90 (10H, m).
IR (CHCl&sub3;): 3580, 3320 (OH), 2929, 2842, 1664, 1586, 1575, 1440, 1092, 1078, 885 cm&supmin;¹.IR (CHCl3 ): 3580, 3320 (OH), 2929, 2842, 1664, 1586, 1575, 1440, 1092, 1078, 885 cm-1.
3-(Methoxy-5-chlortricyclo[3.3.1.1.3,7]dec-2-ylidenmethyl)phenol (1,23 g, 4,0 mmol) wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel V oben beschrieben phosphoryliert mit einer Ausnahme - Ammoniak in Methanol wurde für die β-Eliminierung verwendet. Das erhaltene rohe Ammoniumnatriumsalz wurde mit Aceton verrieben, dann im Vakuum gepumpt (1,0 mm Hg), wobei 1,2 g stumpf weißer Feststoff erhalten wurde. Die analytische Umkehrphasen-HPLC zeigte, daß das so erhaltene phosphorylierte Enoletherprodukt rein genug für die direkte Photooxygenierung zu dem entsprechenden 1,2-Dioxetan war.3-(Methoxy-5-chlorotricyclo[3.3.1.1.3,7]dec-2-ylidenemethyl)phenol (1.23 g, 4.0 mmol) was phosphorylated in the same manner as described in Example V above with one exception - ammonia in methanol was used for β-elimination. The resulting crude ammonium sodium salt was triturated with acetone, then pumped in vacuo (1.0 mm Hg) to give 1.2 g of dull white solid. Analytical reverse-phase HPLC showed that the obtained phosphorylated enol ether product was pure enough for direct photooxygenation to the corresponding 1,2-dioxetane.
3-(Methoxy-5-chlortricyclo[3.3.1.1.3,7]dec-2-ylidenmethyl)phenylphosphatsalz (0,65 g) wurde in 100 ml wasserfreiem 10%igem Methanol/Chloroform, welches ebenfalls 5,35 · 10&supmin;&sup5; M Methylenblau als Sensibilisierungsfarbstoff enthielt, gelöst. Die entstehende Lösung wurde unter drei Glasreagenzgläser aufgeteilt und wie in Beispiel VI oben beschrieben bestrahlt. Die Aufar beitung umfaßt in diesem Fall die Auflösung des gepumpten Rückstands in 70 ml Wasser, welches 258 mg Natriumbicarbonat enthielt. Bei der Durchführung der präparativen Umkehrphasen- HPLC wurden syn- und anti-Isomeren zusammen gesammelt, ausschließlich der Verunreinigungen. Analytische HPLC [0,1% NaHCO&sub3;(H&sub2;O)-Acetonitrilgradient] zeigte zwei Produktpeaks (Retentionszeiten 8,01 und 8,32 Minuten). Das Flächenprozentverhältnis (270 nm) des zuerst eluierten Isomeren zu dem später eluierten Isomeren betrug 0,4 : 1. ¹H-NMR bestätigte, daß der erhaltene lyophilisierte weiße Feststoff ein Gemisch aus syn- und anti-Dinatrium-3-(4- methoxyspiro-[1,2-dioxetan-3,2'-(5'-chlor)tricyclo[3.3.1.1.3,7]decan-2-yl)phenylphosphat war.3-(Methoxy-5-chlorotricyclo[3.3.1.1.3,7]dec-2-ylidenemethyl)phenyl phosphate salt (0.65 g) was dissolved in 100 mL of anhydrous 10% methanol/chloroform also containing 5.35 x 10-5 M methylene blue as a sensitizing dye. The resulting solution was divided into three glass test tubes and irradiated as described in Example VI above. The preparation Processing in this case involved dissolving the pumped residue in 70 mL of water containing 258 mg of sodium bicarbonate. When performing preparative reversed-phase HPLC, syn and anti isomers were collected together, excluding impurities. Analytical HPLC [0.1% NaHCO3(H2O)-acetonitrile gradient] showed two product peaks (retention times 8.01 and 8.32 minutes). The area percent ratio (270 nm) of the first eluted isomer to the later eluted isomer was 0.4:1. 1H NMR confirmed that the resulting lyophilized white solid was a mixture of syn- and anti-disodium 3-(4-methoxyspiro-[1,2-dioxetane-3,2'-(5'-chloro)tricyclo[3.3.1.1.3,7]decan-2-yl)phenyl phosphate.
Die Elementaranalyse zeigte an, daß das Produkt als Dihydrat existiert. Analyse berechnet für C&sub1;&sub8;H&sub2;&sub0;ClNa&sub2;O&sub7;P·2H&sub2;O: C, 43,52, H, 4,87, Cl, 7,14. Gefunden: C, 43,23, H, 4,99, Cl, 7,65.Elemental analysis indicated that the product exists as a dihydrate. Analysis calculated for C18H20ClNa2O7P·2H2O: C, 43.52, H, 4.87, Cl, 7.14. Found: C, 43.23, H, 4.99, Cl, 7.65.
¹H-NMR (400 MHz, in D&sub2;O, zwei Isomere): δ 6,97-7,68 (4H, m, ArH), 3,08 und 3,09 (3H, 25, OMe), 2,95 (1H, br. s, H-1), 0,76-2,35 (12H, m).1H NMR (400 MHz, in D2O, two isomers): δ 6.97-7.68 (4H, m, ArH), 3.08 and 3.09 (3H, 25, OMe), 2.95 (1H, br. s, H-1), 0.76-2.35 (12H, m).
3-(Methoxy-5-bromtricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenmethyl)phenol wurde phosphoryliert und dann, wie für das 5-Chloranaloge in Beispiel X oben beschrieben, photooxygeniert. Die Aufarbeitung in 0,3%iger (Gew./Vol.) wäßriger Natriumbicarbonatlösung ergab eine filtrierte wäßrige Lösung des rohen 1,2-Dioxetanphosphatsalzes, welches dann der präparativen Umkehrphasen- HPLC (Wasser-Acetonitrilgradient) unterworfen wurde, wobei die syn- und anti-Isomeren erhalten wurden, die zusammen für die Lyophilisierung gesammelt wurden. Wurde das lyophilisierte Produkt, ein weißer, flockenartiger Feststoff, der analytischen HPLC unterworfen, wurden zwei Peaks mit Retentionszeiten von 8,52 und 8,94 Minuten erhalten. Das Flächenprozentverhältnis (270 nm) des zuerst eluierenden Isomeren zu dem später eluierenden Isomeren betrug 0,5 : 1. Das ¹H-NMR bestätigte, daß das Produkt ein Gemisch aus syn- und anti-Dinatrium-3-(4- methoxyspiro-[1,2-diöxetan-3,2'-(5'-brom)tricyclo[3.3.1.1.3,7]decan-4-yl)phenylphosphat war.3-(Methoxy-5-bromotricyclo[3.3.1.13,7]dec-2-ylidenemethyl)phenol was phosphorylated and then photooxygenated as described for the 5-chloro analogue in Example X above. Work-up in 0.3% (w/v) aqueous sodium bicarbonate solution afforded a filtered aqueous solution of the crude 1,2-dioxetane phosphate salt, which was then subjected to preparative reverse-phase HPLC (water-acetonitrile gradient) to yield the syn and anti isomers, which were collected together for lyophilization. When the lyophilized product, a white, flaked solid, was subjected to analytical HPLC, two peaks with retention times of 8.52 and 8.94 minutes were obtained. The area percent ratio (270 nm) of the first eluting isomer to the later eluting isomer was 0.5:1. The 1H NMR confirmed that the product was a mixture of syn- and anti-disodium 3-(4-methoxyspiro-[1,2-dioxetane-3,2'-(5'-bromo)tricyclo[3.3.1.1.3,7]decan-4-yl)phenyl phosphate.
¹H-NMR (400 MHz, in D&sub2;O, zwei Isomere): δ 6,99-7,52 (4H, m, ArH), 3,07 und 3,09 (3H, 25, OMe), 2,91 (1H, br. s, H-1), 0,822,32 (12H, m).1H NMR (400 MHz, in D2O, two isomers): δ 6.99-7.52 (4H, m, ArH), 3.07 and 3.09 (3H, 25, OMe), 2.91 (1H, br. s, H-1), 0.822.32 (12H, m).
Immunoassays für TSH wurden an einer Reihe von TSH-Standards unter Verwendung eines Hybritech Tandern-E TSH-Kit (Hybritech, Inc., San Diego, Kalifornien) gemäß dem Anweisungen des Herstellers, die dem Kit beilagen, durchgeführt, ausgenommen, daß nach Beendigung der anti-TSH-alkalischen Phosphatase-Konjugat-Inkubationsstufe und dem Waschen die Kunststoffperlen zusätzlich mit 0,1 M Diethanolamin, 1 mM Magnesiumchlorid, 0,02% Natriumazidpuffer, pH 10,0, gewaschen und dann kurz in 200 ul des gleichen Puffers gelagert wurden. Chemilumineszenzsignale von anti-TSH-alkalische Phosphatasekonjugat, gebunden an die Oberfläche der Perlen, wurden durch Zugabe zu den Reagenzgläsern, welche Perlen enthielten, von 0,67 mM Pufferlösungen, enthaltend Dinatrium-3-(2'-spiroadamantan)-4-methoxy-4- (3"-phosphoryloxy)phenyl-1,2-dioxetan ("AMPPD"), Dinatrium-3-(4-methoxyspiro-[1,2- dioxetan-3,2'-(5'-hydroxy)tricyclo[3.3.1.1.3,7]decan]-4-yl)phenylphosphat (A Isomeres; "A OH- AMPPD"), das entsprechende Dinatrium-B-Isomere ("B-OH-AMPPD") und Dinatrium-3-(4- methoxyspiro-[1,2-dioxetan-3,2'-(5'-chlor)tricyclo[3.3.1.1.3,7]decan]-4-yl)phenylphosphat ("Cl- AMPPD") in 0,1 M Diethanolamin, 1 mM Magnesiumchlorid, 0,02% Natriumazid, pH 10,0, gegeben. Die Intensität der Lichtemission wurde nacheinander bei 7, 13, 19, 25, 31, 40, 50 und 60 Minuten nach der Substrataddition als 5 Sekundenintegral bei Raumtemperatur (etwa 25ºC) unter Verwendung eines Berthold LB952T-Luminometers (Berthold Instrument, Wildbad, Bundesrepublik Deutschland) gemessen. (Es wurden nur die Signale, kein Signal-zu-Geräusch gemessen).Immunoassays for TSH were performed on a panel of TSH standards using a Hybritech Tandern-E TSH kit (Hybritech, Inc., San Diego, California) according to the manufacturer's instructions provided with the kit, except that after completion of the anti-TSH alkaline phosphatase conjugate incubation step and washing, the plastic beads were additionally washed with 0.1 M diethanolamine, 1 mM magnesium chloride, 0.02% sodium azide buffer, pH 10.0, and then stored briefly in 200 μl of the same buffer. Chemiluminescence signals from anti-TSH-alkaline phosphatase conjugate bound to the surface of the beads were detected by adding to the tubes containing beads 0.67 mM buffer solutions containing disodium 3-(2'-spiroadamantane)-4-methoxy-4-(3"-phosphoryloxy)phenyl-1,2-dioxetane ("AMPPD"), Disodium 3-(4-methoxyspiro-[1,2-dioxetane-3,2'-(5'-hydroxy)tricyclo[3.3.1.1.3,7]decan]-4-yl)phenyl phosphate (A isomer; "A OH-AMPPD"), the corresponding disodium B isomer ("B-OH-AMPPD") and disodium 3-(4-methoxyspiro-[1,2-dioxetane-3,2'-(5'-chloro)tricyclo[3.3.1.1.3,7]decan]-4-yl)phenyl phosphate ("Cl-AMPPD") in 0.1 M diethanolamine, 1 mM magnesium chloride, 0.02% sodium azide, pH 10.0. The intensity of light emission was measured sequentially at 7, 13, 19, 25, 31, 40, 50 and 60 minutes after substrate addition as a 5 second integral at room temperature (approximately 25ºC) using a Berthold LB952T luminometer (Berthold Instrument, Wildbad, Federal Republic of Germany). (Only the signals, no signal-to-noise were measured).
TSH, RLU v. TSH für jedes AMPPD, BR-AMPPD, B-OH-AMPPD, A-OH-AMPPD und CL-AMPPD sind in den Fig. 1, 2, 3, 4 bzw. 5 gezeigt.TSH, RLU v. TSH for each AMPPD, BR-AMPPD, B-OH-AMPPD, A-OH-AMPPD and CL-AMPPD are shown in Figures 1, 2, 3, 4 and 5, respectively.
Ein Vergleich der gesamten Lumineszenzemission von AMPPD und von den entsprechenden 1,2-Dioxetanen, deren Adamant-2'-ylidengruppen mit Hydroxy (A- und B-Isomeren), Chlor- und Bromgruppen substituiert waren, wurde durchgeführt, indem Gesamt- Dephosphorylierungsversuche an jeder dieser Verbindungen durchgeführt wurden.A comparison of the total luminescence emission of AMPPD and the corresponding 1,2-dioxetanes whose adamant-2'-ylidene groups were substituted with hydroxy (A and B isomers), chlorine and bromine groups was performed by performing total dephosphorylation experiments on each of these compounds.
Eine wäßrige Lösung des 1,2-Dioxetans (4,0 mM) in 0,05 M Natriumcarbonat/Natriumbicarbonat, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid, wurde hergestellt und dann bei 30ºC äquilibriert. 10 ul einer 7,64 · 10 M wäßrigen Lösung aus alkalischer Phosphatase (Kälberdarm; Biozyme) wurde dann zugegeben, und die Chemilumineszenz der entstehenden Lösung wurde unter Verwendung eines Turner Modell 20E-Luminometers (Turner Instruments; Sunnyvale, Kalifornien) gemessen.An aqueous solution of the 1,2-dioxetane (4.0 mM) in 0.05 M sodium carbonate/sodium bicarbonate containing 1 mM magnesium chloride was prepared and then equilibrated at 30°C. 10 μl of a 7.64 x 10 M aqueous solution of alkaline phosphatase (calf intestine; Biozyme) was then added and the chemiluminescence of the resulting solution was measured using a Turner Model 20E luminometer (Turner Instruments; Sunnyvale, California).
Die Geschwindigkeiten des Chemilumineszenzabklingens für jede der fünf fraglichen Verbindungen, ausgedrückt als relative Lichteinheiten (RLE) pro Minute, sind in der folgenden Tabelle angegeben. Tabelle I Abklinggeschwindigkeit (RLE/Minute) The rates of chemiluminescence decay for each of the five compounds in question, expressed as relative light units (RLU) per minute, are given in the following table. Table I Decay rate (RLU/minute)
Diese Gesamt-Chemilumineszenz-Emissionen sind graphisch in den Fig. 6, 7, 8, 9 bzw. 10 dargelegt.These total chemiluminescence emissions are graphically presented in Figs. 6, 7, 8, 9 and 10, respectively.
Ein Streifen neutraler BIODYNE A-Nylonmembran (Pall Corporation, Glen Cove, N. Y.) wurde zweimal (Seite an Seite) mit den folgenden Konzentrationen an biotinylierter pBR-322- 35-mer-Oligonukleotidsonde (Synthetic Genetics, San Diego, Kalifornien) aufgetragen: A strip of neutral BIODYNE A nylon membrane (Pall Corporation, Glen Cove, NY) was coated twice (side by side) with the following concentrations of biotinylated pBR-322 35-mer oligonucleotide probe (Synthetic Genetics, San Diego, California):
1/ Einzelsträngige, nichtmarkierte DNA, 1 ng.1/ Single-stranded, unlabeled DNA, 1 ng.
Danach wurde die Membran in 0,2% Casein/0,1% Tween 20 Detergens in wäßriger phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) 1 Stunde blockiert, danach wurden 1/5000 verdünntes Avidin-alkalische Phosphatasekonjugat (Sigma, Inc., St. Louis, MO) in 0,2% Casein in PBS zugegeben. Die Membran wurde dann 30 Minuten inkubiert, zweimal (je 5 Minuten) in 0,2% Casein/0,1% Tween 20 Detergens in PBS gewaschen, viermal (je 5 Minuten) in 0,3% Tween 20- Detergenz in PBS gewaschen, und zweimal (je 5 Minuten) in wäßrigem 0,1 M Diethanolamin, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid, pH 10,0, gewaschen.The membrane was then blocked in 0.2% casein/0.1% Tween 20 detergent in aqueous phosphate buffered saline (PBS) for 1 hour, after which 1/5000 diluted avidin-alkaline phosphatase conjugate (Sigma, Inc., St. Louis, MO) in 0.2% casein in PBS was added. The membrane was then incubated for 30 minutes, washed twice (5 minutes each) in 0.2% casein/0.1% Tween 20 detergent in PBS, washed four times (5 minutes each) in 0.3% Tween 20 detergent in PBS, and washed twice (5 minutes each) in aqueous 0.1 M diethanolamine containing 1 mM magnesium chloride, pH 10.0.
Die Membran wurde dann in der Mitte durchgeschnitten, um zwei Streifen zu ergeben, wobei jeder einen Satz von Punkten enthielt. Einer der Streifen wurde 5 Minuten in wäßriger AMPPD-Lösung (0,25 mM in 0,1 M Diethanolamin, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid, pH 10) inkubiert, der andere wurde 5 Minuten in der entsprechenden Chloradamant-2'- ylidenverbindung (0,25 mM in dem gleichen Puffer) inkubiert. Die zwei Streifen wurden dann in Kamera-Luminometer gegeben und mit einem Polaroid Typ 612 Sofortbild-Schwarz-Weißfilm belichtet. Die verbesserte Chemilumineszenzintensität, die unter Verwendung der Chlorverbindung, verglichen mit AMPPD selbst, erhalten wurde, ist erkennbar, wenn man Spalte 2 (C1- AMPPD) mit Spalte 1 (AMPPD) in Fig. 11 vergleicht.The membrane was then cut in half to yield two strips, each containing one set of dots. One of the strips was incubated for 5 minutes in aqueous AMPPD solution (0.25 mM in 0.1 M diethanolamine containing 1 mM magnesium chloride, pH 10), the other was incubated for 5 minutes in the corresponding chloroadamant-2'-ylidene compound (0.25 mM in the same buffer). The two strips were then placed in camera-luminometers and exposed with Polaroid Type 612 instant black and white film. The enhanced chemiluminescence intensity obtained using the chloro compound compared to AMPPD itself is evident when comparing column 2 (C1-AMPPD) with column 1 (AMPPD) in Figure 11.
pBR 322-Plasmid (4700 bp) wurde einem Nick-Translationsverfahren unter Verwendung eines Trans-Light-Kits (Tropix, Inc., Bedford, Mass.) unter Erzeugung eines Gemisches aus biotinylierten einzelsträngigen Polynukleotiden von 200 bis 2000 bp in der Länge unterworfen. Dieses Gemisch wurde dann auf eine trockene BIODYNE A-Membran als fünf parallele Spalten von Punkten der folgenden Konzentrationen aufgetragen. pBR 322 plasmid (4700 bp) was subjected to a nick translation procedure using a Trans-Light kit (Tropix, Inc., Bedford, Mass.) to generate a mixture of biotinylated single-stranded polynucleotides ranging from 200 to 2000 bp in length. This mixture was then spotted onto a dry BIODYNE A membrane as five parallel columns of spots of the following concentrations.
Die Membran wurde der Ultraviolett-Bestrahlung (UVP Mineral Light; UVP, San Gabriel, Kalif) während 3 Minuten zur Fixierung der DNA an die Oberfläche der Membran unterworfen und dann an der Luft getrocknet. Danach wurde die Membran in 0,2% Casein/0,1% Tween 20-Detergens in PBS während 1 Stunde blockiert, und danach wurden 1/5000 verdünntes Avidin-alkalische Phosphatasekonjugat (Tropix, Inc.) in 0,2% Casein in PBS zugegeben. Die Membran wurde dann 30 Minuten inkubiert, dreimal (während 5 Minuten jeweils) in 0,2% Casein/0,1% Tween 20-Detergens in PBS gewaschen und einmal während 5 Minuten in wäßrigem 0,1 M Diethanolamin, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid und 0,02% Natriumazid, pH 10,0 (Substratpuffer), gewaschen.The membrane was subjected to ultraviolet irradiation (UVP Mineral Light; UVP, San Gabriel, Calif.) for 3 minutes to fix the DNA to the surface of the membrane and then air dried. The membrane was then blocked in 0.2% casein/0.1% Tween 20 detergent in PBS for 1 hour, after which 1/5000 diluted avidin-alkaline phosphatase conjugate (Tropix, Inc.) in 0.2% casein in PBS was added. The membrane was then incubated for 30 minutes, washed three times (5 minutes each) in 0.2% casein/0.1% Tween 20 detergent in PBS, and washed once for 5 minutes in aqueous 0.1 M diethanolamine containing 1 mM magnesium chloride and 0.02% sodium azide, pH 10.0 (substrate buffer).
Danach wurden die fünf Spalten der Reihen der Punkte 1-5 individuell aus der Membran herausgeschnitten ("Streifen 1-5"), wie auch die fünf Spalten der Reihen der Punkte 6-10 ("Streifen 6-10"). Die Streifen 1-5 wurden mit Substratpuffer während 30 Minuten gewaschen. Die Streifen 6-10 wurden in 0,1% BDMQ in Substratpuffer 30 Minuten blockiert. Beide Sätze von Streifen wurden dann 5 Minuten in Substratpuffer, dann individuell 5 Minuten in wäßrigen Lösungen (0,25 mM) von 1,2-Dioxetanen, wie unten angegeben, inkubiert: Thereafter, the five columns of rows of spots 1-5 were individually cut out of the membrane ("strips 1-5"), as were the five columns of rows of spots 6-10 ("strips 6-10"). Strips 1-5 were washed with substrate buffer for 30 minutes. Strips 6-10 were blocked in 0.1% BDMQ in substrate buffer for 30 minutes. Both sets of strips were then incubated for 5 minutes in substrate buffer, then individually for 5 minutes in aqueous solutions (0.25 mM) of 1,2-dioxetanes as indicated below:
Alle Streifen wurden dann in Kamera-Luminometer gegeben und mit einem Polaroid-Typ 612 Sofortbild Schwarz-Weißfilm belichtet. Die verbesserte Chemilumineszenzintensität, die unter Verwendung von 3-(substituiertem Adamant-2'-yliden)-1,2-dioxetanen, verglichen mit AMPPD selbst, erhalten wurde, ist aus den Ergebnissen der folgenden Tabelle 11 erkennbar. Tabelle II ALKALISCHE PHOSPHATASE-MARKIERTE DNA SONDEN-DETEKTION IN EINER MEMBRAN MIT UND OHNE BDMQ-BLOCKIERUNGSSTUFE All strips were then placed in camera luminometers and exposed to Polaroid Type 612 instant black and white film. The improved chemiluminescence intensity obtained using 3-(substituted adamant-2'-ylidene)-1,2-dioxetanes compared to AMPPD itself is evident from the results in Table 11 below. Table II ALKALINE PHOSPHATASE LABELLED DNA PROBE DETECTION IN A MEMBRANE WITH AND WITHOUT BDMQ BLOCKING STAGE
1/ Es erfolgte eine 5-Minuten-Belichtung 40 Minuten nach der Dioxetanzugabe1/ A 5-minute exposure was carried out 40 minutes after dioxetane addition
2/ Es erfolgte eine 1-Minute-Belichtung 77 Minuten nach der Dioxetanzugabe2/ A 1-minute exposure was carried out 77 minutes after dioxetane addition
Auf einen Streifen neutrale BIODYNE-A-Nylonmembran wurde zweimal (Seite an Seite) 12,5 Picogramm biotinylierte pBR 322 35-mer Oligonukleotidsonde (Biogen, Inc., Cambridge, Mass.) aufgetropft; getrocknet und der Ultraviolettbestrahlung an einer UVP-Mlnerallichtlampe während 5 Minuten zur Fixierung der DNA an die Oberfläche der Membran unterworfen. Danach wurde die Membran mit 5 X SSC (0,015 M Natriumcitrat/0,15 M Natriumchlorid) angefeuchtet und in 0,2% Casein, 0,1% Tween 20-Detergens in PBS während 1 Stunde blockiert. Die blockierte Membran wurde dann mit Avidin-alkalische Phosphatasekonjugat ("Avidx"- Konjugat; Tropix, Inc.), verdünnt 1-10.000 in 0,2% Casein, während 30 Minuten inkubiert.On a strip of neutral BIODYNE-A nylon membrane, 12.5 picograms of biotinylated pBR 322 35-mer oligonucleotide probe (Biogen, Inc., Cambridge, Mass.) were spotted twice (side by side); dried and subjected to ultraviolet irradiation using a UVP mineral light lamp for 5 minutes to fix the DNA to the surface of the membrane. The membrane was then wetted with 5 X SSC (0.015 M sodium citrate/0.15 M sodium chloride) and blocked in 0.2% casein, 0.1% Tween 20 detergent in PBS for 1 hour. The blocked membrane was then incubated with avidin-alkaline phosphatase conjugate (“Avidx” conjugate; Tropix, Inc.) diluted 1-10,000 in 0.2% casein for 30 minutes.
Die Membran wurde dann zweimal (während 5 Minuten jeweils) mit wäßrigem 0,2% Casein/0,1% Tween 20-Detergens gewaschen, dann zweimal (während 5 Minuten jeweils) mit wäßrigem 0,1% Tween 20-Detergens in PBS gewaschen und schließlich zweimal (während 5 Minuten jeweils) in wäßrigem Diethanolamin, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid, pH 10 (Assaypuffer), gewaschen.The membrane was then washed twice (5 minutes each) with aqueous 0.2% casein/0.1% Tween 20 detergent, then twice (5 minutes each) with aqueous 0.1% Tween 20 detergent in PBS, and finally twice (5 minutes each) in aqueous diethanolamine containing 1 mM magnesium chloride, pH 10 (assay buffer).
Die gewaschene Membran wurde halbiert, wobei zwei Streifen erhalten wurden, die jeweils einen Punkt trugen. Die Streifen wurde dann in wäßrige 0,25 mM Lösungen von AMPPD und der entsprechenden Chloradamant-2'-ylidenverbindung in 0,1 M Diethanolamin, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid, pH 10, während 5 Minuten inkubiert, dann ablaufen gelassen und in Plastikbeutel versiegelt, die an dem Fenster eines Turner Modell 30E Luminometers mit Klebeband angebracht wurden. Die Chemilumineszenzemission von jedem Streifen wurde 20 Stunden integriert. Die kinetischen Werte für die erhaltenen Lichtemissionen sind in Fig. 12 dargestellt.The washed membrane was cut in half to obtain two strips, each bearing a dot. The strips were then incubated in 0.25 mM aqueous solutions of AMPPD and the corresponding chloroadamant-2'-ylidene compound in 0.1 M diethanolamine containing 1 mM magnesium chloride, pH 10, for 5 minutes, then drained and sealed in plastic bags that were taped to the window of a Turner Model 30E luminometer. The chemiluminescence emission from each strip was integrated for 20 hours. The kinetic values for the obtained light emissions are shown in Figure 12.
Die Verstärkung der Chemilumineszenzemission (verglichen mit der Emission von AMPPD), die das entsprechende Hydroxyadamant-2'-yliden (A- und B-Isomere) und Chloradamant-2'-ylidenverbindungen, alle in weiterer Anwesenheit von Verstärkerpolymeren, die im folgenden angegeben werden, erhalten wurde, wird auf folgende Weise demonstriert.The enhancement of the chemiluminescence emission (compared to the emission of AMPPD) obtained from the corresponding hydroxyadamant-2'-ylidene (A and B isomers) and chloroadamant-2'-ylidene compounds, all in the further presence of enhancer polymers given below, is demonstrated in the following manner.
Vier Sätze von je drei Reagenzgläser, wobei jedes Reagenzglas in jedem Satz 450 ul einer 0,4 mM wäßrigen Lösung von einem der vier 1,2-Dioxetane enthielt, die in 0,1 M Diethanolamin, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid, 0,02% Natriumazid und 0,1% Verstärkungspolymer, pH 10,0 (Substratpuffer) verglichen wurden, wurden hergestellt und das Hintergrundssignal von jedem Rohr, bestimmt unter Verwendung eines Berthold LB 952T-Luminometers (Berthold Instruments, Wildbad, Bundesrepublik Deutschland), wurde gemessen.Four sets of three tubes, each tube in each set containing 450 μl of a 0.4 mM aqueous solution of one of the four 1,2-dioxetanes compared in 0.1 M diethanolamine containing 1 mM magnesium chloride, 0.02% sodium azide and 0.1% enhancement polymer, pH 10.0 (substrate buffer), were prepared and the background signal from each tube, determined using a Berthold LB 952T luminometer (Berthold Instruments, Wildbad, Federal Republic of Germany), was measured.
Danach wurden 50 ul einer wäßrigen Lösung 2,83 · 10&supmin;¹² M aus alkalischer Phosphatase in 0,1 M Diethanolamin, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid, 0,02% Natriumazid, pH 10,0, (Endenzymkonzentration 2,83 · 10&supmin;¹³ M) zu jedem Reagenzglas zugegeben, und die Chemilumineszenzsignale wurden in dem Luminometer bei 5 und 20 Minuten gemessen. Die Intensität der Chemilumineszenzsignale und die Signal : Hintergrund-Verhältnisse, die für jedes der vier 1,2- Dioxetane in Anwesenheit von Verstärkungspolymeren erhalten wurden, sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben.Thereafter, 50 µl of an aqueous solution 2.83 x 10-12 M of alkaline phosphatase in 0.1 M diethanolamine containing 1 mM magnesium chloride, 0.02% sodium azide, pH 10.0, (final enzyme concentration 2.83 x 10-13 M) was added to each tube and the chemiluminescence signals were measured in the luminometer at 5 and 20 minutes. The intensity of the chemiluminescence signals and the signal:background ratios obtained for each of the four 1,2-dioxetanes in the presence of enhancing polymers are given in Table 3 below.
Die verwendeten Verstärkerpolymere und die Symbole für jedes der in Tabelle III verwendeten Polymeren sind wie folgt: TABELLE III The reinforcing polymers used and the symbols for each of the polymers used in Table III are as follows: TABLE III
Die Hintergrundssignale und die t1/2-Parameter (verglichen mit solchen von AMPPD), erhalten für die substituierten Adamant-2'-ylidenverbindungen, die im folgenden angegeben sind, wurden in zwei verschiedenen Puffern auf folgende Weise bestimmt.The background signals and t1/2 parameters (compared to those of AMPPD) obtained for the substituted adamant-2'-ylidene compounds given below were determined in two different buffers in the following manner.
Wäßrige 4 · 10&supmin;&sup4; M Lösungen von 1,2-Dioxetanen in einer Pufferlösung, hergestellt aus 0,05 M Natriumcarbonat/Natriumbicarbonat, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid, pH 9,5, wurden hergestellt, wie auch wäßrige 4 · 10&supmin;&sup4; M Lösungen der 1,2-Dioxetane in einer Pufferlösung, hergestellt aus 0,1 M Diethanolamin, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid und 0,02% Natriumazid, pH 10,0. 1 ml jeder dieser Lösungen pro Reagenzglas wurde in einen Turner Modell 20E- Luminometer gegeben, und die Hintergrundssignale wurden bestimmt.Aqueous 4 x 10-4 M solutions of 1,2-dioxetanes in a buffer solution prepared from 0.05 M sodium carbonate/sodium bicarbonate containing 1 mM magnesium chloride, pH 9.5, were prepared, as were aqueous 4 x 10-4 M solutions of the 1,2-dioxetanes in a buffer solution prepared from 0.1 M diethanolamine containing 1 mM magnesium chloride and 0.02% sodium azide, pH 10.0. 1 ml of each of these solutions per tube was placed in a Turner Model 20E luminometer and background signals were determined.
Danach wurden die t1/2-Werte für jede Probe wie folgt gemessen. 100 ul des Probendioxetans in 900 ul einer der oben beschriebenen Pufferlösungen wurde in ein Reagenzglas pipettiert (End-Dioxetan-Konzentration 4 · 10&supmin;&sup5; M) und bei 30ºC äquilibriert. 10 ul einer 1 bis 1000 Verdünnung von alkalischer Kälberdarm-Phosphatase in dem gleichen Puffer (Enzymkonzentration 7,6 · 10&supmin;¹&sup0; M) wurde zugegeben, und die entstehende Chemilumineszenzintensität wurde unter Verwendung eines Turner Modell 20E-Luminometers im Verlauf von 30 Minutenaufgezeichnet. Die t1/2-Werte wurden dann aus den Abklingkurven berechnet. Die Ergebnisse dieser Bestimmungen sind in der folgenden Tabelle IV angegeben. TABELLE IV 1. 0,05 M Natriumcarbonat/Natriumbicarbonat, 1 mM Magnesiumchlorid, pH 9,5 2. 0,1 M Diethanolamin, 1 mM Magnesiumchlorid, 0,02% Natriumazid, pH 10,0 Thereafter, t1/2 values were measured for each sample as follows. 100 µl of the sample dioxetane in 900 µl of one of the buffer solutions described above was pipetted into a test tube (final dioxetane concentration 4 x 10-5 M) and equilibrated at 30°C. 10 µl of a 1 to 1000 dilution of calf intestinal alkaline phosphatase in the same buffer (enzyme concentration 7.6 x 10-10 M) was added and the resulting chemiluminescence intensity was recorded using a Turner Model 20E luminometer over 30 minutes. t1/2 values were then calculated from the decay curves. The results of these determinations are given in Table IV below. TABLE IV 1. 0.05 M sodium carbonate/sodium bicarbonate, 1 mM magnesium chloride, pH 9.5 2. 0.1 M diethanolamine, 1 mM magnesium chloride, 0.02% sodium azide, pH 10.0
Alkalische Phosphatase (Kälberdarm; Biozyme) wurde auf 1-1.000.000 zur Erzeugung einer Vorratslösung (Konzentration 2,54 · 10&supmin;¹¹ M) verdünnt. Eine Reihe von Reagenzgläsern wurde im Duplikat hergestellt, enthaltend 450 ul einer wäßrigen 0,1 M Diethanolaminlösung, enthaltend 1 mM Magnesiumchlorid und 0,02% Natriumazid, pH 10, plus 0,1% eines der im folgenden angegebenen Verstärkungspolymeren, und 4,4 · 10&supmin;&sup4; M eines 1,2-Dioxetans: AMPPD oder die entsprechende Chloradamant-2'-ylidenverbindung.Alkaline phosphatase (calf intestine; Biozyme) was diluted to 1-1,000,000 to produce a stock solution (concentration 2.54 x 10-11 M). A series of test tubes were prepared in duplicate containing 450 µl of an aqueous 0.1 M diethanolamine solution containing 1 mM magnesium chloride and 0.02% sodium azide, pH 10, plus 0.1% of one of the reinforcing polymers indicated below, and 4.4 x 10-4 M of a 1,2-dioxetane: AMPPD or the corresponding chloroadamant-2'-ylidene compound.
50 ul einer alkalischen Phosphatase-Vorratslösung wurden dann zugegeben, wobei Proben mit den folgenden Enzymkonzentrationen erhalten wurden: 50 μl of alkaline phosphatase stock solution was then added to give samples with the following enzyme concentrations:
Die Endkonzentration an 1,2-Dioxetan in jedem Reagenzglas betrug 4 · 10&supmin;&sup4; M die Endkonzentration des Verstärkerpolymeren betrug 0,09%. Fünf Sekunden-Integrale wurden bei 5 und 20 Minuten nach der 1,2-Dioxetanzugabe aufgezeichnet.The final concentration of 1,2-dioxetane in each tube was 4 x 10-4 M and the final concentration of enhancer polymer was 0.09%. Five second integrals were recorded at 5 and 20 minutes after 1,2-dioxetane addition.
In Fig. 13 sind die Dosisansprechkurven für die alkalische Phosphataseverdünnung mit Chloradamant-2'-yliden-1,2-dioxetan mit BDMQ 5 Minuten nach der Dioxetanzugabe dargestellt. In Fig. 14 sind die alkalischen Phosphataseverdünnungen, nachgewiesen mit Chloradamant-2'-yliden-1,2-dioxetan plus BDMQ 20 Minuten nach der Substratzugabe, verglichen mit AMPPD plus BDMQ, dargestellt.Figure 13 shows the dose response curves for alkaline phosphatase dilution with chloradamant-2'-ylidene-1,2-dioxetane with BDMQ 5 minutes after dioxetane addition. Figure 14 shows the alkaline phosphatase dilutions detected with chloradamant-2'-ylidene-1,2-dioxetane plus BDMQ 20 minutes after substrate addition compared with AMPPD plus BDMQ.
Das pBR322-Plasmid (Biogen, Inc., Cambridge, Mass.), enthaltend ein Insert einer TPA- Sequenz, wurde mit MSP1-Restriktionsenzym gespalten. Chemische Spaltungen wurden, wie von Maxam, et al., PNAS. 74 560 (1977) beschrieben, durchgeführt, wonach G, AG, AC, TC und C - und ein weiteres, T, wie von Rubin, et al., Nucleic Acids Research. 8 4613 (1980) beschrieben, erhalten wurden. Ein Siebtel von jedem Reaktion-Reagenzglasinhalt wurde per Zeile auf ein 0,4 mm TBR-Gradienten-Sequenzgel (60 cm Länge) aufgetragen. Nach 4 Stunden Elektrophorese wurde die DNA auf eine BIODYNE A Nylonmembran transferriert und mit ultraviolettem Licht behandelt; um die DNA an die Membranoberfläche zu fixieren.The pBR322 plasmid (Biogen, Inc., Cambridge, Mass.) containing an insert of a TPA sequence was digested with MSP1 restriction enzyme. Chemical digestions were performed as described by Maxam, et al., PNAS. 74 560 (1977), yielding G, AG, AC, TC, and C - and another, T, as described by Rubin, et al., Nucleic Acids Research. 8 4613 (1980). One seventh of each reaction tube content was loaded per row onto a 0.4 mm TBR gradient sequencing gel (60 cm length). After 4 hours of electrophoresis, the DNA was transferred to a BIODYNE A nylon membrane and treated with ultraviolet light to fix the DNA to the membrane surface.
Danach wurde die Membran getrocknet, 30 Minuten bei 45ºC in wäßriger Pufferlösung, enthaltend 1% BSA, 0,5 M Natriumphosphat und 7% SDS, pH 7,2, vorhybridisiert, dann während 2 Stunden bei 45ºC mit 10 ul NNB schneller (snap) direkter alkalischer Phosphatase konjugierter Sonde (Molecular Biosystems, Inc., San Diego, Kalifornien) in 40 ml der oben be schriebenen BSA-Pufferlösung hybridisiert. Die Membran wurde dann zweimal in wäßrigem 5 · SSCh% SDS (für jeweils 5 Minuten) bei 45ºC, zweimal in wäßriger 1 X SSC/1% SDS (für jeweils 5 Minuten) bei 45ºC, einmal in einer wäßrigen Lösung, enthaltend 125 mM Natriumchlorid, 50 mM Tris und 1% Triton X-100-Detergens, pH 8,0, zweimal in wäßrigem 1 X SSC (jeweils 1 Minute) bei Raumtemperatur und schließlich zweimal (für je eine Minute) bei Raumtemperatur in einer wäßrigen Lösung, enthaltend 0,1 M Diethanolamin, 1 mM Magnesiumchlorid und 0,02% Natriumazid, pH 10,0, gewaschen.The membrane was then dried, prehybridized for 30 minutes at 45ºC in aqueous buffer solution containing 1% BSA, 0.5 M sodium phosphate and 7% SDS, pH 7.2, then incubated for 2 hours at 45ºC with 10 µl NNB snap direct alkaline phosphatase conjugated probe (Molecular Biosystems, Inc., San Diego, California) in 40 ml of the above. The membrane was then washed twice in aqueous 5 X SSCh% SDS (for 5 minutes each) at 45ºC, twice in aqueous 1 X SSC/1% SDS (for 5 minutes each) at 45ºC, once in an aqueous solution containing 125 mM sodium chloride, 50 mM Tris and 1% Triton X-100 detergent, pH 8.0, twice in aqueous 1 X SSC (for 1 minute each) at room temperature and finally twice (for one minute each) at room temperature in an aqueous solution containing 0.1 M diethanolamine, 1 mM magnesium chloride and 0.02% sodium azide, pH 10.0.
Die Membran wurde dann mit wäßriger AMPPD-Lösung (0,25 mM) benetzt, in Saran- Umhüllung eingepackt und einem Kodak XAR-Röntgenfilm 40 Minuten ausgesetzt. Eine 5minütige Belichtung erfolgte dann 1 Stunde nach der AMPPD-Zugabe. Die Sequenzbilder sind in Fig. 17(1) dargestellt.The membrane was then wetted with aqueous AMPPD solution (0.25 mM), wrapped in Saran wrap and exposed to Kodak XAR X-ray film for 40 min. A 5 min exposure was then performed 1 h after AMPPD addition. The sequence images are shown in Fig. 17(1).
Die Wiederholung dieses gesamten Verfahrens unter Verwendung der entsprechenden Chloradamant-2'-yliden-1,2-dioxetanverbindung ergab die Sequenzbilder, die in Fig. 17(2) dargestellt sind.Repeating this entire procedure using the corresponding chloroadamant-2'-ylidene-1,2-dioxetane compound yielded the sequence images shown in Fig. 17(2).
Der thermische Hintergrund von jedem Dioxetan, wie in Tabelle 4 angegeben, wurde in einer Lösung aus 0,4 mM Dioxetan in 0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0, bei 30ºC in einem Turner Modell 20E Luminometer (Sunnyvale, CA) gemessen. Die durchschnittliche Chemilumineszenzintensität von jeder Probe in Abwesenheit eines Enzyms ist unter "Hintergrund bei 0,4 mM in Turner Licht-Einheiten (TLE) in Tabelle 4 aufgeführt.The thermal background of each dioxetane, as indicated in Table 4, was measured in a solution of 0.4 mM dioxetane in 0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10.0, at 30°C in a Turner Model 20E Luminometer (Sunnyvale, CA). The average chemiluminescence intensity of each sample in the absence of enzyme is listed under "Background at 0.4 mM in Turner Light Units (TLU)" in Table 4.
Die Halbwertszeit des Dioxetananions, ebenfalls in Tabelle 4 angegeben, wurde wie folgt gemessen: eine 1 ml-Lösung von 0,04 mM Dioxetan (in dem gleichen Puffer wie oben) wurde vollständig durch Zugabe von 0,764 picomol alkalischer Phosphatase bei 30ºC in einem Turner Modell 20E Luminometer dephosphoryliert. Die Halbwertszeit des Dioxetananions wurde dann aus dem Abklingen erster Ordnung der Chemilumineszenzemission berechnet. TABELLE 4 VERGLEICH DER HALBWERTZEITEN UND DER THERMISCHEN HINTERGRÜNDE VERSCHIEDENER DIOXETANPHOSPHATE The half-life of the dioxetane anion, also given in Table 4, was measured as follows: a 1 ml solution of 0.04 mM dioxetane (in the same buffer as above) was completely dephosphorylated by the addition of 0.764 picomoles of alkaline phosphatase at 30ºC in a Turner Model 20E luminometer. The half-life of the dioxetane anion was then calculated from the first order decay of the chemiluminescence emission. TABLE 4 COMPARISON OF HALF-LIFE AND THERMAL BACKGROUNDS OF VARIOUS DIOXETONE PHOSPHATES
TLE = Turner Licht-EinheitenTLE = Turner Light Units
* Anion, hergestellt durch Zugabe von 0,764 picomol alkalischer Phosphatase bis 40 nanomol AMPPD und R-AMPPD in 0,1 M DEA, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0.* Anion prepared by adding 0.764 picomoles of alkaline phosphatase to 40 nanomoles of AMPPD and R-AMPPD in 0.1 M DEA, 1 mM MgCl2, pH 10.0.
Die Nachweismöglichkeiten fllr alkalische Phosphatase mit unterschiedlichen chemilumineszierenden 1,2-Dioxetansubstraten wurden wie folgt bestimmt: Duplikate von Reihenverdünnungen (1 bis 3) alkalischer Phosphatase wurden bei Raumtemperatur mit 0,4 mM Dioxetan in 0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0, enthaltend 1 mg/ml entweder des polymeren Verstärkers 1 oder Verstärkers 2, in einem Berthold LB952T Luminometer (Wildbad, Deutschland) inkubiert.The detection capabilities of alkaline phosphatase with different chemiluminescent 1,2-dioxetane substrates were determined as follows: duplicates of serial dilutions (1 to 3) of alkaline phosphatase were incubated at room temperature with 0.4 mM dioxetane in 0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10.0, containing 1 mg/ml of either polymeric enhancer 1 or enhancer 2 in a Berthold LB952T luminometer (Wildbad, Germany).
Darauf folgte entweder eine 5 Minuten oder eine 20 Minuten lange Inkubation mit einem Substrat, die Chemilumineszenzintensität wurde als 5 Sekunden integrierte relative Licht- Einheiten (RLE) bestimmt und graphisch, wie in Fig. 18 dargestellt, aufgetragen. Die alkalische Phosphatasekonzentration, die ein chemilumineszierendes Signal ergab, nämlich zweimal das Signal, das ohne das Enzym erhalten wurde, wurde von der graphischen Darstellung der Fig. 18 extrapoliert. Die alkalische Phosphatasekonzentrationen bei doppeltem Hintergrund wurden als Nachweisgrenzen in Tabelle 5 verwendet. TABELLE 5 NACHWEISGRENZEN FÜR ALKALISCHE PHOSPHATASE MIT UNTERSCHIEDLICHEN CHEMILUMINESZENZ- 1,2-DIOXETANSUB STRAT/VERSTÄRKERSYSTEMEN Following either a 5 minute or 20 minute incubation with a substrate, the chemiluminescence intensity was determined as 5 second integrated relative light units (RLU) and plotted graphically as shown in Figure 18. The alkaline phosphatase concentration that gave a chemiluminescent signal twice the signal obtained without the enzyme was extrapolated from the graph of Figure 18. The alkaline phosphatase concentrations at twice the background were used as detection limits in Table 5. TABLE 5 DETECTION LIMITS FOR ALKALINE PHOSPHATASE WITH DIFFERENT CHEMILUMINESCENCE 1,2-DIOXETONE SUB STRATE/AMPLIFIER SYSTEMS
Die Nachweisgrenzen sind in femtomol/Liter angegeben.The detection limits are given in femtomol/liter.
Duplikate von Reihenverdünnungen (1 bis 3) alkalischer Phosphatase wurden bei Raumtemperatur mit 0,4 mM AMPPD oder Cl-AMPPD in 0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0, enthaltend 1 mg/ml entweder der polymeren Verstärker 1 oder Verstärker 2 in einem Berthold LB952T Luminometer inkubiert. Nach 5minütiger Inkubation wurden die Chemilumineszenzintensitäten als 5 Sekunden integrierte relative Licht-Einheiten (RLE) gemessen, und der Durchschnitt der Duplikate wurde ermittelt und gegen die alkalische Phosphatasekonzentration in der oberen graphischen Darstellung von Fig. 18 aufgetragen. Die untere graphische Darstellung zeigt das Verhältnis des Chemilumineszenzsignals zum Hhntergrund-(kein Enzym)-Chemilumineszenzsignal als Funktion der Enzymkonzentration aufgetragen.Duplicates of serial dilutions (1 to 3) of alkaline phosphatase were incubated at room temperature with 0.4 mM AMPPD or Cl-AMPPD in 0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10.0, containing 1 mg/ml of either polymeric enhancer 1 or enhancer 2 in a Berthold LB952T luminometer. After 5 min of incubation, chemiluminescence intensities were measured as 5 second integrated relative light units (RLU), and the average of the duplicates was calculated and plotted against alkaline phosphatase concentration in the upper graph of Figure 18. The lower graph shows the ratio of the chemiluminescence signal to the background (no enzyme) chemiluminescence signal plotted as a function of enzyme concentration.
Das Chemilumineszenzsignal zu den Geräuschgehalten wurde mit 2,83 · 10&supmin;¹³ M alkalischer Phosphatase und verschiedenen R-substituierten Adamantyl-1,2-dioxetanphosphaten in Anwesenheit verschiedener Verstärker erhalten. Alle Messungen erfolgten in einem Berthold LB952T Luminometer bei Raumtemperatur. Zuerst wurden die Hintergrund- Chemilumineszenzwerte (Signal in Abwesenheit des Enzyms) von jeder Probe (dreifach) gemessen. Jede Probe bestand aus 0,2 umol Dioxetan in 0,45 ml 0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0, ohne oder mit 1 mg/ml des angegebenen Verstärkers. Die Reagenzgläser wurden in das Luminometer gestellt, und die Lumineszenzintensität wurde gemessen. Danach wurden die Reagenzgläser auf dem Luminometer entfernt und alkalische Phosphatase (50 ul enthaltend 1,415 · 10&supmin;¹&sup6; mol) wurde in jedes Reagenzglas gegeben und die Lumineszenzintensität wurde bei 5 und 20 Minuten nach der Substrataddition gemessen. Die Endkonzentration des Dioxetans in jedem Rohr betrug 0,4 mM. Tabelle 6 zeigt das Verhältnis des Chemilumineszenzsignals, erhalten in Anwesenheit von alkalischer Phosphatase bei 5 und 20 Minuten zu dem Hintergrundsignal (erhalten in Abwesenheit des Enzyms). TABELLE 6 VERGLEICH DES CHEMILUMINESZENZSIGNALS ZU DEN GERÄUSCHWERTEN VERSCHIEDENER R-SUBSTITUIERTER AMPPD-VERBINDUNGEN The chemiluminescence signal to noise levels was obtained with 2.83 x 10-13 M alkaline phosphatase and various R-substituted adamantyl-1,2-dioxetane phosphates in the presence of various enhancers. All measurements were performed in a Berthold LB952T luminometer at room temperature. First, the background chemiluminescence values (signal in the absence of the enzyme) of each sample were measured (in triplicate). Each sample consisted of 0.2 µmol dioxetane in 0.45 ml 0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl₂, pH 10.0, without or with 1 mg/ml of the indicated enhancer. The test tubes were placed in the luminometer and the luminescence intensity was measured. Thereafter, the tubes were removed from the luminometer and alkaline phosphatase (50 µl containing 1.415 x 10-16 mol) was added to each tube and the luminescence intensity was measured at 5 and 20 minutes after substrate addition. The final concentration of dioxetane in each tube was 0.4 mM. Table 6 shows the ratio of the chemiluminescence signal obtained in the presence of alkaline phosphatase at 5 and 20 minutes to the background signal (obtained in the absence of the enzyme). TABLE 6 COMPARISON OF CHEMILUMINESCENCE SIGNAL TO NOISE VALUES OF VARIOUS R-SUBSTITUTED AMPPD COMPOUNDS
Alle Verstärker wurden in einer Konzentration von 1 mg/ml in 0,1 M DEA, pH 10, verwendet. Alkalische Phosphatasekonzentration = 2,83 · 10&supmin;¹³ M. Die Messungen erfolgten in einem Berthold LB952T-Luminometer.All enhancers were used at a concentration of 1 mg/ml in 0.1 M DEA, pH 10. Alkaline phosphatase concentration = 2.83 x 10⊃min;13 M. Measurements were performed in a Berthold LB952T luminometer.
In der Tabelle 7 sind die Nachweisgrenzen für den Nachweis alkalischer Phosphatase mit den R-substituierten Dioxetanen angegeben, bestimmt unter Verwendung der in Tabelle 5, Beispiel XXII beschriebenen Verfahren, mit der Ausnahme eines Instruments, welches verwendet wurde, um die Chemilumineszenzintensitätsablesungen zu erhalten. Das in diesen Beispielen verwendete Luminometer war ein LabSystems Luminoskan-Mikrotiterplatten-Ablesegerät. TABELLE 7 ALKALISCHE PHOSPHATASE-NACHWEISGRENZEN MIT CHEMILUMINESZENZ (BEI 2X HINTERGRUND) 5 MINUTEN INKUBATION 20 MINUTEN INKUBATION Table 7 provides the detection limits for alkaline phosphatase detection with the R-substituted dioxetanes, determined using the procedures described in Table 5, Example XXII, with the exception of one instrument which was used to obtain the chemiluminescence intensity readings. The luminometer used in these examples was a LabSystems Luminoskan microtiter plate reader. TABLE 7 ALKALINE PHOSPHATASE DETECTION LIMITS WITH CHEMILUMINESCENCE (AT 2X BACKGROUND) 5 MINUTE INCUBATION 20 MINUTES INCUBATION
1) Puffer: 0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, 0,02% Natriumazid, pH 10,01) Buffer: 0.1M diethanolamine, 1mM MgCl2 , 0.02% sodium azide, pH 10.0
2) Signalaufzeichnungsgerät in einem Labsystems Luminoskan-Mikrotiterplatten-Ablesegerät2) Signal recorder in a Labsystems Luminoskan microplate reader
In der Tabelle 8 sind die 20 Minuten Inkubationswerte der Tabelle 7 plus Messungen, die mit einem Wilj-Mikrotiterplatten-Luminometer durchgeführt wurden, angegeben. TABELLE 8 ALKALISCHE PHOSPHATASE-NACHWEISGRENZEN MIT CHEMILUMINESZENZ (BEI 2X HINTERGRUND) 20 MINUTEN INKUBATION, LABSYSTEMS 23 MINUTEN INKUBATION, WILJ Table 8 shows the 20 minute incubation values from Table 7 plus measurements made with a Wilj microplate luminometer. TABLE 8 ALKALINE PHOSPHATASE DETECTION LIMITS USING CHEMILUMINESCENCE (AT 2X BACKGROUND) 20 MINUTE INCUBATION, LABSYSTEMS 23 MINUTES INCUBATION, WILJ
Die Leistung von AMPPD und Cl-AMPPD auf einer Nylonmembran wurde wie folgt verglichen: 12,5 Picogramm biotinyliertes pBR322-(35 mer) in 1 ul wurde auf eine trockene Nylonmembran als Flecken aufgetüpfelt und durch UV-Licht mit der Membran vernetzt. Die Membran wurde danach mit 1 X SSC-Puffer befeuchtet, mit 0,2% Casein, 0,1% Tween 20 in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) während 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert, 4mal mit 0,3% Tween 20 in PBS gewaschen, zweimal in Substratpuffer (0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0) gewaschen und während 5 Minuten in 0,25 mM Dioxetan in Substratpuffer inkubiert. Auf diese Weise wurden zwei Membranen hergestellt: eine inkubiert mit AMPPD und die zweite mit Cl-AMPPD. Die Membranen würden dann in Kunststoff luftdicht verpackt, an der Außenseite eines 13 · 75 mm Reagenzglases befestigt und in ein Turner Modell 20-E Luminometer, ausgerüstet mit einem an der Seite montiertem Photomultiplier-Detektor gestellt und thermisch auf 30ºC äquilibriert. Die Chemilumineszenzintensität wurde dann während 20 bis 24 Stunden verfolgt. Wie in Fig. 19 dargestellt, wurde das Chemilumineszenzsignal als Funktion der Zeit sowohl für AMPPD als auch für Cl-AMPPD graphisch aufgetragen.The performance of AMPPD and Cl-AMPPD on a nylon membrane was compared as follows: 12.5 picograms of biotinylated pBR322-(35 mer) in 1 μl was spotted on a dry nylon membrane and cross-linked to the membrane by UV light. The membrane was then wetted with 1X SSC buffer, incubated with 0.2% casein, 0.1% Tween 20 in phosphate buffered saline (PBS) for 1 hour at room temperature, washed 4 times with 0.3% Tween 20 in PBS, washed twice in substrate buffer (0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10.0), and incubated in 0.25 mM dioxetane in substrate buffer for 5 minutes. In this way, two membranes were prepared: one incubated with AMPPD and the second with Cl-AMPPD. The membranes were then hermetically wrapped in plastic, attached to the outside of a 13 x 75 mm test tube and placed in a Turner Model 20-E luminometer equipped with a side-mounted photomultiplier detector and thermally equilibrated to 30ºC. The chemiluminescence intensity was then monitored for 20 to 24 hours. As shown in Figure 19, the chemiluminescence signal was plotted as a function of time for both AMPPD and Cl-AMPPD.
Die Halbwertszeiten der maximalen, mit AMPPD und Cl-AMPPD auf PVDF und Nylonmembranen erhaltenen Chemilumineszenzintensitäten wurden aus den Werten berechnet, wie sie in Beispiel XXVII für die Nylonmembran erhalten wurden. Für die PVDF-Membran umfaßte das revidierte Protokoll eine zweite Substratpufferwaschung, gefolgt von der Membraninkubation während 5 Minuten bei Raumtemperatur in Tropix NitroßlockTM-Reagenz und eine darauffolgende Wäsche mit Substratpuffer vor der Dioxetansubstrataddition. Die Halbwertszeiten zu dem maximalen Chemilumineszenzsignal wurden von der graphischen Darstellung des Logarith mus (maximales Chemilumineszenzsignal minus Signal zu jedem Zeitpunkt) als Funktion der Zeit berechnet und sind in Tabelle 9 angegeben. TABELLE 9 CHEMILUMINESZENZNACHWEIS VON BIOTINYLIERTER DNA AUF MEMBRANEN - HALBWERTSZEIT ZU MAXIMALER CHEMILUMINESZENZ - The half-lives of the maximum chemiluminescence intensities obtained with AMPPD and Cl-AMPPD on PVDF and nylon membranes were calculated from the values obtained in Example XXVII for the nylon membrane. For the PVDF membrane, the revised protocol included a second substrate buffer wash followed by membrane incubation for 5 minutes at room temperature in Tropix NitrolockTM reagent and a subsequent wash with substrate buffer prior to dioxetane substrate addition. The half-lives to the maximum chemiluminescence signal were determined from the plot of the logarithm mus (maximum chemiluminescence signal minus signal at any time point) as a function of time and are given in Table 9. TABLE 9 CHEMILUMINESCENCE DETECTION OF BIOTINYLATED DNA ON MEMBRANES - HALF-LIFE TO MAXIMUM CHEMILUMINESCENCE -
* Die PVDF-Membran wurde mit Nitroßlock vor der Addition des Substrats behandelt. 12,5 pg des biotinylierten pBR322-35mer wurden mit Avidix-AP und 0,24 mM Dioxetan in 0,1 M DEA, pH 10,0, nachgewiesen.* The PVDF membrane was treated with nitrolock prior to addition of the substrate. 12.5 pg of biotinylated pBR322-35mer was detected with Avidix-AP and 0.24 mM dioxetane in 0.1 M DEA, pH 10.0.
Der Nachweis von pBR322-Plasmid-DNA mit einer biotinylierten pBR322-DNA Sonde unter Verwendung von AMPPD und Cl-AMPPD auf PVDF- und Nylonmembranen erfolgte auf folgende Art: pBR322-DNA wurde durch Kochen denaturiert, serienmäßig verdünnte Proben in 1 X SSC-Puffer (Endmasse an DNA pro Slot ist in Fig. 20 angegeben) wurden auf Immobilin- PVDF-Membran, Pall-Biodyne-A Nylonmembran, und Amersham Hybond-N Nylonmembran unter Verwendung einer Schleicher-Schuell-Slotblotvorrichtung aufgetragen. Die DNA wurde mit den Biodyne A- und Hybond N-Membranen mit UV-Licht vernetzt. Die Immobilon P- Membran wurde zuerst blockiert und dann mit UV behandelt. Die Membranen wurden dann mit 1 X SSC-Puffer benetzt, in einem Hybridisierungspuffer (1 M NaCl, 0,2% Heparin, 0,5% Polyvinylpyrrolidon, 4% Natriumdodecylsulfat, 1 mM Ethylendiamintetraessigsäure, 5% Dextransulfat, 50 mM Tris-HCl, pH 7,5) prähybridisiert und dann bei 65ºC mit 12 ng/ml pBR322-Sonde (biotinyliert unter Verwendung eines Nick-Translationsverfahrens) in dem gleichen Puffer hybridisiert, einmal bei 65ºC in dem gleichen Puffer minus Dextransulfat, EDTA und Heparin gewaschen, zweimal während 10 Minuten mit 1 X SSC/1% SDS bei 75ºC gewaschen, zweimal während 15 Minuten mit 0,1 X SSC/1% SDS bei 75ºC gewaschen, zweimal während 5 Minuten in 1 X SSC bei Raumtemperatur gewaschen, 1 Stunde mit 0,2% Casein, 0,1% Tween 20 in PBS blockiert, einmal während 5 Minuten mit 0,2% Casein in PBS gewaschen, 30 Minuten in einer 1 bis 15.000 Verdünnung von Streptavidin markierter alkalischer Phosphatase in 0,2% Casein/PBS inkubiert, dann 6mal mit 0,2% Casein, Tween 20 in PBS gewaschen, zweimal in Substratpuffer (0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0) gewaschen und dann während 5 Minuten in 0,25 mM AMPPD und Cl-AMPPD (zwei getrennte Membranen) in Substratpuffer inkubiert. Vor der Substratzugabe wurde die PVDF-Membran 5 Minuten in NitroßlockTM inkubiert und zweimal mit Substratpuffer gewaschen. Die Membranen wurden dann in Kunststoff eingewickelt und einem Film des Polaroidtyps 612 bei den Zeiten, die nach den Substratzugaben, wie sie in Fig. 20 gezeigt sind, angegeben sind, ausgesetzt.Detection of pBR322 plasmid DNA with a biotinylated pBR322 DNA probe using AMPPD and Cl-AMPPD on PVDF and nylon membranes was performed as follows: pBR322 DNA was denatured by boiling, serially diluted samples in 1X SSC buffer (final mass of DNA per slot is given in Fig. 20) were applied to Immobilin PVDF membrane, Pall Biodyne A nylon membrane, and Amersham Hybond N nylon membrane using a Schleicher-Schuell slot blot device. DNA was cross-linked to the Biodyne A and Hybond N membranes using UV light. The Immobilon P membrane was first blocked and then treated with UV. The membranes were then wetted with 1 X SSC buffer, prehybridized in a hybridization buffer (1 M NaCl, 0.2% heparin, 0.5% polyvinylpyrrolidone, 4% sodium dodecyl sulfate, 1 mM ethylenediaminetetraacetic acid, 5% dextran sulfate, 50 mM Tris-HCl, pH 7.5) and then hybridized at 65ºC with 12 ng/ml pBR322 probe (biotinylated using a nick translation method) in the same buffer, washed once at 65ºC in the same buffer minus dextran sulfate, EDTA and heparin, washed twice for 10 minutes with 1 X SSC/1% SDS at 75ºC, washed twice for 15 minutes with 0.1 X SSC/1% SDS at 75ºC washed twice for 5 min in 1X SSC at room temperature, blocked for 1 hour with 0.2% casein, 0.1% Tween 20 in PBS, washed once for 5 min with 0.2% casein in PBS, incubated for 30 min in a 1 to 15,000 dilution of streptavidin-labeled alkaline phosphatase in 0.2% casein/PBS, then washed 6 times with 0.2% casein, Tween 20 in PBS, washed twice in substrate buffer (0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10.0), and then incubated for 5 min in 0.25 mM AMPPD and Cl-AMPPD (two separate membranes) in substrate buffer. Prior to substrate addition, the PVDF membrane was incubated in NitroßlockTM for 5 minutes and washed twice with substrate buffer. The membranes were then wrapped in plastic and exposed to Polaroid type 612 film at the times indicated after substrate additions as shown in Figure 20.
Der Nachweis von pBR322-Plasmid-DNA mit einer biotinylierten pBR322-DNA Sonde unter Verwendung von AMPPD, Cl-AMPPD und Br-AMPPD auf PVDF, Nylon und Nitrocellulosemembranen erfolgte unter Verwendung von Protokollen, ähnlich wie sie in Beispiel XXIX beschrieben werden, mit einer Ausnahme im Falle von PVDF- und Nitrocellulosemembranen, auf die die Ziel-DNA fixiert war, durch Erhitzen der Membranen bei 80ºC während 2 Stunden. Weiterhin wurden vor der Dioxetanzugabe sowohl die PVDF- als auch die Nitrocellulosemembranen mit Nitroblock behandelt. Die Bilder eines Polaroid Typ 612 Sofortbild-Films des chemilumineszierenden Signals von der Zersetzung verschiedener Dioxetanphosphate, katalysiert durch alkalische Phosphatase-DNA-Sondenkonjugate auf verschiedenen Membranträgern, ist in Fig. 21 dargestellt.Detection of pBR322 plasmid DNA with a biotinylated pBR322 DNA probe using AMPPD, Cl-AMPPD and Br-AMPPD on PVDF, nylon and nitrocellulose membranes was performed using protocols similar to those described in Example XXIX, with an exception in the case of PVDF and nitrocellulose membranes to which the target DNA was fixed by heating the membranes at 80°C for 2 hours. Furthermore, prior to dioxetane addition, both the PVDF and nitrocellulose membranes were treated with Nitroblock. Polaroid Type 612 instant film images of the chemiluminescent signal from the decomposition of various dioxetane phosphates catalyzed by alkaline phosphatase-DNA probe conjugates on various membrane supports are shown in Figure 21.
Die kinetischen Werte der von der alkalischen Phosphatase abhängigen Lichtemission von AMPPD und Cl-AMPPD auf Nitrocellulosemembranen wurden gemäß dem folgenden Verfahren verglichen: pBR322-(35-mer), welches zuvor am 3'-Ende mit Biotin-11-dUTP (1 ul, enthaltend 12,5 pg) markiert worden war, wurde auf eine trockene Nitrocellulosemembran aufgetüpfelt. Die Membran wurde dann mit 1 X SSC-Puffer benetzt, mit 0,2% Casein, 0,1% Tween 20 in phosphatgepufferter Kochsalzlösung während 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert, viermal mit 0,3% Tween 20 in PBS gewaschen, zweimal mit Phosphatpuffer (0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0) gewaschen, 5 Minuten mit NitroßlockTM-Reagens inkubiert, zweimal mit Substratpuffer gewaschen, und anschließend wurden zwei Stücke der Membran je 5 Minuten in 0,25 mM AMPPD und Cl-AMPPD in Substratpuffer inkubiert. Die Membranen wurden dann in Kunststoff dicht verpackt, an der Außenseite eines 12 · 75 mm Reagensglases befestigt und in ein Turner Modell 20-E-Luminometer eingesetzt, das thermisch auf 30ºC äquilibriert war, und das mit einem Seiten-Photomultiplier-Detektor ausgerüstet war. Die Chemilumineszenzintensität wurde 20 bis 24 Stunden verfolgt Wie in Fig. 22 dargestellt, wurde das Chemilumineszenz-Intensitätssignal als Funktion der Zeit für sowohl AMPPD als auch für Cl- AMPPD graphisch dargestellt.The kinetic values of alkaline phosphatase-dependent light emission of AMPPD and Cl-AMPPD on nitrocellulose membranes were compared according to the following procedure: pBR322-(35-mer), which had previously been labeled at the 3'-end with biotin-11-dUTP (1 μl, containing 12.5 pg), was spotted onto a dry nitrocellulose membrane. The membrane was then wetted with 1X SSC buffer, incubated with 0.2% casein, 0.1% Tween 20 in phosphate buffered saline for 1 hour at room temperature, washed four times with 0.3% Tween 20 in PBS, washed twice with phosphate buffer (0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10.0), incubated with NitroßlockTM reagent for 5 minutes, washed twice with substrate buffer, and then two pieces of the membrane were incubated for 5 minutes each in 0.25 mM AMPPD and Cl-AMPPD in substrate buffer. The membranes were then tightly packed in plastic, attached to the outside of a 12 x 75 mm test tube, and inserted into a Turner Model 20-E luminometer thermally equilibrated to 30ºC and equipped with a side photomultiplier detector. The chemiluminescence intensity was monitored for 20 to 24 hours. As shown in Figure 22, the chemiluminescence intensity signal was plotted as a function of time for both AMPPD and Cl-AMPPD.
Die Halbwertszeit zu der maximalen Chemilumineszenz-Signalintensität für ein Protein an eine Membran wurde bewertet. Der IgG-Nachweis mit alkalischer Phosphatase konjugierten Ziegen-anti-Maus-Antikörpern und AMPPD und Cl-AMPPD wurde unter Verwendung des folgenden Protokolls bestimmt. 1 ul von 1 ug/ml Lösung gereinigtem Maus-IgG in 20% Methanol- Elektrophorese-Übertragungspuffer wurde auf eine trockene Nitrocellulose und nasse PVDF- Membran aufgetüpfelt. Die Membranen wurden anschließend mit 0,1% Tween 20/PBS, blockiert während 1 Stunde in einem Blockierungspuffer (0,2% Casein, 0,1% Tween 20 in PBS), gespült mit einer 1 bis 10.000fachen Verdünnung von mit alkalischer Phosphatase konjugiertem Ziegeanti-Maus-Antikörper in Blockierungspuffer, inkubiert, zweimal während 5 Minuten mit Bloc kierungspuffer gewaschen, zweimal während 5 Minuten mit 0,1% Tween 20-PBS gewaschen, zweimal während 5 Minuten mit Substratpuffer (0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0) gewaschen, in zwei Proben unterteilt und je während 5 Minuten mit 0,25 mM AMPPD und Cl- AMPPD inkubiert. Die Membranen wurden in Kunststoff luftdicht abgepackt, an der Außenseite eines 12 · 75 mm Glasrohres befestigt und in ein Turner Modell 20E-Luminometer, ausgerüstet mit einem Seiten-Photomultiplier-Detektor, eingesetzt und thermisch auf 30ºC äquilibriert. Wie aus Tabelle 10 hervorgeht, wurden die Chemilumineszenzintensitäten während 8 bis 12 Stunden verfolgt, und die Halbwertszeit zu dem maximalen Signal wurden, wie in Beispiel XXVIII berechnet, bestimmt. TABELLE 10 CHEMILUMINESZENZNACHWEIS VON MAUS-IgG AN MEMBRANEN - HALBWERTSZEIT ZU MAXIMALER CHEMILUMINESZENZ - The half-life to maximum chemiluminescence signal intensity for a protein at a membrane was evaluated. IgG detection with alkaline phosphatase conjugated goat anti-mouse antibodies and AMPPD and Cl-AMPPD was determined using the following protocol. 1 μl of 1 μg/ml solution of purified mouse IgG in 20% methanol electrophoresis transfer buffer was spotted onto a dry nitrocellulose and wet PVDF membrane. The membranes were then incubated with 0.1% Tween 20/PBS, blocked for 1 hour in a blocking buffer (0.2% casein, 0.1% Tween 20 in PBS), rinsed with a 1 to 10,000-fold dilution of alkaline phosphatase-conjugated goat anti-mouse antibody in blocking buffer, bloc cation buffer, washed twice for 5 minutes with 0.1% Tween 20-PBS, washed twice for 5 minutes with substrate buffer (0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10.0), divided into two samples and incubated for 5 minutes each with 0.25 mM AMPPD and Cl-AMPPD. The membranes were hermetically packaged in plastic, attached to the outside of a 12 x 75 mm glass tube and inserted into a Turner Model 20E luminometer equipped with a side photomultiplier detector and thermally equilibrated to 30°C. As shown in Table 10, the chemiluminescence intensities were monitored for 8 to 12 hours and the half-life to maximum signal was determined as calculated in Example XXVIII. TABLE 10 CHEMILUMINESCENCE DETECTION OF MOUSE IgG ON MEMBRANES - HALF-LIFE TO MAXIMUM CHEMILUMINESCENCE -
* Die PVDF-Membran wurde mit Nitroßlock vor der Zugabe des Substrats behandelt. 1 ng Maus-IgG wurde mit Ziege-anti-Maus-AP und 0,25 mM Dioxetan in 0,1 M DEA, pH 10,0, nachgewiesen:* The PVDF membrane was treated with nitrolock prior to addition of the substrate. 1 ng mouse IgG was detected with goat anti-mouse AP and 0.25 mM dioxetane in 0.1 M DEA, pH 10.0:
Eine Western-Blotanalyse wurde für den Nachweis von humanem Transferrin auf einer Nylonmembran mit Chemilumineszenz durchgeführt. Reihenverdünnungen von gereinigtem humanem Transferrin mit 0-5,1,2,4,8,16,32,64,128 und 256 Nanogramm wurden durch SDS- Polyacrylamid-Gelelektrophorese getrennt und elektrophoretisch auf eine Pall Biodyne A- Nylonmembran übertragen. Die Membranen wurden nacheinander mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) gewaschen, 30 Minuten mit 0,3% Casein in PBS blockiert, mit einer 1 bis 1000fachen Verdünnung von Maus-anti-human-Transferrin in 0,3% Tween 20/PBS inkubiert, viermal während 5 Minuten mit 0,3% Tween 20/PBS gewaschen, mit 1 bis 10.000facher Verdünnung an mit alkalischer Phosphatase markiertem Ziege-anti-Maus-Antikörper in 0,3% Tween 20/PBS inkubiert, viermal während 5 Minuten in 0,3% Tween 20/PBS gewaschen, zweimal mit Substratpuffer (0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0) gewaschen, 5 Minuten in je 0,25 mM AMPPD, Cl-AMPPD und Br-AMPPD in Substratpuffer inkubiert, in Kunststoff eingewickelt und dann einem Polaroid Typ 612 Sofortbild-Schwarz-Weißfilm während 5 Minuten ausgesetzt. Die Ergebnisse sind in Fig. 30 dargestellt.Western blot analysis was performed for detection of human transferrin on a nylon membrane using chemiluminescence. Serial dilutions of purified human transferrin at 0-5,1,2,4,8,16,32,64,128 and 256 nanograms were separated by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and electrophoretically transferred to a Pall Biodyne A nylon membrane. Membranes were washed sequentially with phosphate buffered saline (PBS), blocked with 0.3% casein in PBS for 30 minutes, incubated with a 1- to 1000-fold dilution of mouse anti-human transferrin in 0.3% Tween 20/PBS, washed four times for 5 minutes with 0.3% Tween 20/PBS, incubated with a 1- to 10,000-fold dilution of alkaline phosphatase-labeled goat anti-mouse antibody in 0.3% Tween 20/PBS, washed four times for 5 minutes in 0.3% Tween 20/PBS, washed twice with substrate buffer (0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10.0), washed for 5 minutes each in 0.25 mM AMPPD, Cl-AMPPD and Br-AMPPD were incubated in substrate buffer, wrapped in plastic and then exposed to Polaroid Type 612 instant black and white film for 5 minutes. The results are shown in Fig. 30.
Humanes Transferrin (die Mengen sind in Fig. 22 angegeben) wurde durch Polyacrylamid-Gelelektrophorese analysiert und dann auf eine Immobion-PVDF-Membran übertragen.Human transferrin (amounts are indicated in Figure 22) was analyzed by polyacrylamide gel electrophoresis and then transferred to an Immobion PVDF membrane.
Der Chemilumineszenznachweis von humanem Transferrin an Immobilon-P-PVDF- Membran erfolgte gemäß dem in Beispiel XXII beschriebenen Protokoll, ausgenommen der folgenden Änderungen: unmittelbar vor der Dioxetanzugabe wurden zwei der vier PVDF- Membranen während 5 Minuten in NitroßlockTM inkubiert und dann zweimal mit Substratpuffer gewaschen. 5 Minuten Belichtungen für AMPPD und Cl-AMPPD ohne und mit Nitroßlock sind in Fig. 23 dargestellt.Chemiluminescence detection of human transferrin on Immobilon-P PVDF membrane was performed according to the protocol described in Example XXII, except for the following changes: immediately before dioxetane addition, two of the four PVDF membranes were incubated in NitroßlockTM for 5 minutes and then washed twice with substrate buffer. 5 minute exposures for AMPPD and Cl-AMPPD without and with Nitroßlock are shown in Fig. 23.
Der Chemilumineszenznachweis von murinem Interleukin-4-Gen unter Verwendung von direkt mit alkalischer Phosphatase markierten Oligonukleotidsonden mit AMPPD, Cl-AMPPD, Br-AMPPD und LumiPhos 530 wurde durchgeführt. Ein Plasmid, enthaltend das Genoder murines Interleukin-4-Gen (MIL-4) wurde reihenmäßig in 1 X SSC verdünnt und auf eine trockene Biodyne A Membran bei 12,8, 6,4, 3,2, 1,6, 0,8, 0,4, 0,2, 0,1, 0,05, 0,025, 0,0125, 0,0063 und 0,00315 Nanogramm DNA aufgetragen. Die DNA wurde auf die Membran mit UV fixiert und danach mit 1 X SSC benetzt, mit Hybridisierungspuffer (7% SDS, 1% Casein, 0,25 M Na&sub2;PO&sub4;, pH 7,2 mit Phosphorsäure) während 30 Minuten bei 50ºC vorhybridisiert, mit 5 nM mit alkalischer Phosphatase markierter Oligonukleotidsonde während 2 Stunden bei 50ºC hybridisiert und wie folgt gewaschen: zweimal während 5 Minuten mit 2 X SSC, 1% SDS bei Raumtemperatur, zweimal während 15 Minuten mit 1 X SSC, 1% SDS bei 50ºC, zweimal währendº 5 Minuten mit 1 X SSC, 1% Triton X-100 bei Raumtemperatur, zweimal während 5 Minuten mit 1 X SSC, und zweimal während 5 Minuten in Substratpuffer (0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10). Getrennte Proben der Membranen wurden dann während 5 Minuten je in 0 bis 25 mM AMPPD, Cl-AMPPD, Br-AMPPD und LumiPhos 530 (Boehringer Mannheim, Indianapolis, USA) inkubiert, in Kunststoff eingewickelt und einem Kodak XAR-5 Röntgenfilm während 1 Stunde nach 1 Stunde Inkubierung ausgesetzt. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in Fig. 24 angegeben.Chemiluminescence detection of murine interleukin-4 gene using direct alkaline phosphatase labeled oligonucleotide probes with AMPPD, Cl-AMPPD, Br-AMPPD and LumiPhos 530 was performed. A plasmid containing the geneor murine interleukin-4 gene (MIL-4) was serially diluted in 1 X SSC and applied to a dry Biodyne A membrane at 12.8, 6.4, 3.2, 1.6, 0.8, 0.4, 0.2, 0.1, 0.05, 0.025, 0.0125, 0.0063 and 0.00315 nanograms of DNA. The DNA was fixed onto the membrane with UV and then wetted with 1 X SSC, prehybridized with hybridization buffer (7% SDS, 1% casein, 0.25 M Na₂PO₄, pH 7.2 with phosphoric acid) for 30 minutes at 50°C, hybridized with 5 nM alkaline phosphatase-labeled oligonucleotide probe for 2 hours at 50°C and washed as follows: twice for 5 minutes with 2 X SSC, 1% SDS at room temperature, twice for 15 minutes with 1 X SSC, 1% SDS at 50°C, twice for 5 minutes with 1 X SSC, 1% Triton X-100 at room temperature, twice for 5 minutes with 1 X SSC, and twice for 5 minutes in substrate buffer (0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10). Separate samples of the membranes were then incubated for 5 minutes each in 0 to 25 mM AMPPD, Cl-AMPPD, Br-AMPPD and LumiPhos 530 (Boehringer Mannheim, Indianapolis, USA), wrapped in plastic and exposed to Kodak XAR-5 X-ray film for 1 hour after 1 hour of incubation. The results of this experiment are shown in Fig. 24.
Der Vergleich der Chemilumineszenz-Signalintensitäten, erhalten mit Cl-AMPPD und AMPPD, wurde wie in Fig. 9 dargestellt, untersucht. Die Sequenzierungsreaktionen wurden unter Verwendung von M13mp18-DNA mit 5'-biotinyliertem Universalprimer mit BioRad-BST- Polymerase durchgeführt. Zwei Sätze von Reaktionen wurden auf einem 7,67 M Harnstoff- Ionengradient-Polyacrylamidgel getrennt und dann auf eine Nylonmembran durch passive Kapillarübertragung übertragen. Die DNA wurde mit der Membran durch UV-Bestrahlung während 5 Minuten vernetzt. Die Membran wurde dann bei Raumtemperatur in Blockierungspuffer (0,2% Casein, 0,1% Tween 20 in PBS) während 30 Minuten inhibiert, während 30 Minuten mit einer 1 bis 5000 Verdünnung an Streptavidin markierter alkalischer Phosphatase in 0,2% Casein, PBS inkubiert, 5 Minuten mit Blockierungspuffer gewaschen, zweimal mit 0,3% Tween 20 in PBS gewaschen und 1 Minute mit Substratpuffer gewaschen (0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10). Die Membran wurde in zwei Stücke geteilt und 5 Minuten in 0,25 M Dioxetan (ein Streifen je für AMPPD und Cl-AMPPD) inkubiert. Die Membranen wurden dann in Plastik versiegelt und einem Kodak XAR-5 Röntgenfilm während 7 Minuten, beginnend 5 Minuten nach der Substratzugabe, wie in Fig. 25 dargestellt, ausgesetzt.The comparison of the chemiluminescence signal intensities obtained with Cl-AMPPD and AMPPD was examined as shown in Figure 9. Sequencing reactions were performed using M13mp18 DNA with 5'-biotinylated universal primer with BioRad BST polymerase. Two sets of reactions were separated on a 7.67 M urea ion gradient polyacrylamide gel and then transferred to a nylon membrane by passive capillary transfer. The DNA was cross-linked to the membrane by UV irradiation for 5 minutes. The membrane was then inhibited at room temperature in blocking buffer (0.2% casein, 0.1% Tween 20 in PBS) for 30 minutes, incubated for 30 minutes with a 1 to 5000 dilution of streptavidin-labeled alkaline phosphatase in 0.2% casein, PBS, washed for 5 minutes with blocking buffer, washed twice with 0.3% Tween 20 in PBS, and washed for 1 minute with substrate buffer (0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10). The membrane was cut into two pieces and incubated for 5 minutes in 0.25 M dioxetane (one strip each for AMPPD and Cl-AMPPD). The membranes were then sealed in plastic. and exposed to Kodak XAR-5 X-ray film for 7 minutes beginning 5 minutes after substrate addition, as shown in Fig. 25.
Der Vergleich der DNA Bandenauflösung unter Verwendung von AMPPD und Cl- AMPPD wurde unter Verwendung von Sequenzierreaktionen durchgeführt, Übertragungen und Chemilumineszenznachweise wurden bei den gleichen Bedingungen wie in Beispiel XXXVI unter Verwendung von AMPPD und Cl-AMPPD beschrieben durchgeführt. Die Belichtung in Fig. 26 ist eine 1-Minuten-Belichtung 24 Stunden nach der Substratzugabe.Comparison of DNA band resolution using AMPPD and Cl-AMPPD was performed using sequencing reactions, transfers and chemiluminescence detections were performed under the same conditions as described in Example XXXVI using AMPPD and Cl-AMPPD. The exposure in Figure 26 is a 1-minute exposure 24 hours after substrate addition.
Der Nachweis von pBR322-Plasmid-DNA mit einer biotinylierten pBR322-DNA Sonde unter Verwendung von AMPPD, Cl-AMPPD und Br-AMPPD an einer Nitrocellulosemembran wurde durchgeführt. pBR322-Plasmid-DNA wurde reihenmäßig verdünnt und mit 512, 256, 128, 64; 32, 16, 8, 4, 2 und 1 Picogramm der DNA auf 3 Streifen trockene Nitrocellulosemembran aufgetüpfelt. Die Membranstreifen wurden dann 2 Stunden auf 80ºC erhitzt und mit UV- Licht während 5 Minuten bestrahlt, benetzt mit 1 X SSC, während 60 Minuten in einem Hybridisierungspuffer (1 M NaCl, 0,2% Heparin, 0,5% Polyvinylpyrrolidon, 40% Natriumdodecylsulfit, 1 mM Ethylendiamintetraessigsäure, 5% Dextransulfat; 50 mM Tris-HCl, pH 7,5) bei 65ºC vorhybridisiert, über Nacht mit 15 ng/ml pBR322-Sonde hybridisiert, biotinyliert durch Nick-Translation, 5 Minuten in Hybridisierungspuffer minus Heparin, Dextransulfat und EDTA bei 65ºC zweimal während 5 Minuten mit 1 X SSC/1% SDS bei 75ºC gewaschen, zweimal während 15 Minuten mit 0,01 X SSC/1% SDS bei 75ºC gewaschen und einmal während 5 Minuten mit 1 X SSC bei Raumtemperatur gewaschen. Die Membranen wurden dann für den Chemilumineszenznachweis bei Raumtemperatur durch zweimaliges Spülen mit 0,2% Casein in PBS weiterbehandelt, 1 Stunde mit Blockierungspuffer (0,20% Casein, 0,1% Tween 20 in PBS) blokkiert, 5 Minuten mit 0; 2% Casein in PBS gewaschen, dann 5 Minuten mit 0,2% Casein in PBS gewaschen, dann wurden die Membranen 30 Minuten mit einer 1 bis 15.000fachen Verdünnung von Streptavidin markierter alkalischer Phosphatase in 0,2% Casein/PBS inkubiert, zweimal während 5 Minuten in Nitroßlock-Lösung gewaschen, dann viermal während 5 Minuten in 0; 3% Tween-20/PBS gewaschen, dann zweimal während 5 Minuten mit Substratpuffer (0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10) gewaschen, und dann wurde ein Streifen in je drei Dioxetanphosphaten: AMPPD, Cl-AMPPD und Br-AMPPD bei 0,25 M Dioxetankonzentration inkubiert.Detection of pBR322 plasmid DNA with a biotinylated pBR322 DNA probe using AMPPD, Cl-AMPPD and Br-AMPPD on a nitrocellulose membrane was performed. pBR322 plasmid DNA was serially diluted and spotted at 512, 256, 128, 64; 32, 16, 8, 4, 2 and 1 picogram of DNA onto 3 strips of dry nitrocellulose membrane. The membrane strips were then heated at 80ºC for 2 hours and irradiated with UV light for 5 minutes, wetted with 1 X SSC, prehybridized for 60 minutes in a hybridization buffer (1 M NaCl, 0.2% heparin, 0.5% polyvinylpyrrolidone, 40% sodium dodecyl sulfite, 1 mM ethylenediaminetetraacetic acid, 5% dextran sulfate; 50 mM Tris-HCl, pH 7.5) at 65ºC, hybridized overnight with 15 ng/ml pBR322 probe, biotinylated by nick translation, 5 minutes in hybridization buffer minus heparin, dextran sulfate and EDTA at 65ºC, washed twice for 5 minutes with 1 X SSC/1% SDS at 75ºC, twice during The membranes were then washed for 15 minutes with 0.01 X SSC/1% SDS at 75ºC and washed once for 5 minutes with 1 X SSC at room temperature. The membranes were then further processed for chemiluminescence detection at room temperature by rinsing twice with 0.2% casein in PBS, blocked for 1 hour with blocking buffer (0.20% casein, 0.1% Tween 20 in PBS), washed for 5 minutes with 0; 2% casein in PBS, then washed for 5 minutes with 0.2% casein in PBS, then incubated for 30 minutes with a 1 to 15,000-fold dilution of streptavidin-labeled alkaline phosphatase in 0.2% casein/PBS, washed twice for 5 minutes in nitrolock solution, then washed four times for 5 minutes in 0; 3% Tween-20/PBS, then washed twice for 5 minutes with substrate buffer (0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10), and then one strip was incubated in each of three dioxetane phosphates: AMPPD, Cl-AMPPD and Br-AMPPD at 0.25 M dioxetane concentration.
Zeitlich begrenzte Belichtungen mit einem Polaroid 612-Film nach verschiedenen Inkubationszeiten sind in Fig. 27 dargestellt.Time-limited exposures with a Polaroid 612 film after different incubation times are shown in Fig. 27.
Der Nachweis von pBR322-DNA mit einer biotinylierten pBR322-DNA-Sonde mit Streptavidin-alkalischer Phosphatase-Konjugat und chemilumineszierenden Dioxetanphosphaten, AMPPD, Cl-AMPPD und Br-AMPPD auf einer neutralen Nylonmembran wurde unter Verwen dung des in Beispiel XXXVIII beschriebenen Protokolls durchgeführt, ausgenommen, daß die 5 Minuten Nitroßlock-Inkubation ausgelassen wurde. Die Ergebnisse sind in Fig. 28 dargestellt.Detection of pBR322 DNA with a biotinylated pBR322 DNA probe with streptavidin-alkaline phosphatase conjugate and chemiluminescent dioxetane phosphates, AMPPD, Cl-AMPPD and Br-AMPPD on a neutral nylon membrane was performed using ing the protocol described in Example XXXVIII, except that the 5 minute nitrolock incubation was omitted. The results are shown in Fig. 28.
Der Chemilumineszenznachweis von humanem Transferrin wurde an einer Immobilon- PPVDF-Membran durchgeführt. Die Gelelektrophorese, die Übertragung, die Blockierung und die Nachweisstufen wurden gemäß dem in Beispiel XXXIV beschriebenen Protokoll durchgeführt, ausgenommen, daß alle PVDF-Membranen während 5 Minuten in NitroßlockTM-Reagens inkubiert wurden. Fig. 29 zeigt die Vergleichsergebnisse von AMPPD, Cl-AMPPD und Br- AMPPD bei dem Nachweis von humanem Transferrin an PVDF-Membranen.Chemiluminescence detection of human transferrin was performed on an Immobilon PPVDF membrane. Gel electrophoresis, transfer, blocking and detection steps were performed according to the protocol described in Example XXXIV, except that all PVDF membranes were incubated in NitroßlockTM reagent for 5 minutes. Figure 29 shows the comparative results of AMPPD, Cl-AMPPD and Br-AMPPD in the detection of human transferrin on PVDF membranes.
Der thermische Hintergrund von jedem Dioxetan, wie in Tabelle 11 spezifiziert, wurde in einer Lösung aus 0,4 mM Dioxetan in 0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, pH 10,0, bei 30ºC in einem Turner Modell 20E-Luminometer (Sunnyvale, CA) gemessen. Die durchschnittliche Chemilumineszenzintensität von jeder Probe in Abwesenheit eines Enzyms wird als "nichtspezifischer Hintergrund" bei 0,4 mM in relativen Luminometereinheiten (TLE) in Tabelle 11 angegeben.The thermal background of each dioxetane, as specified in Table 11, was measured in a solution of 0.4 mM dioxetane in 0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl2, pH 10.0, at 30°C in a Turner Model 20E luminometer (Sunnyvale, CA). The average chemiluminescence intensity of each sample in the absence of enzyme is reported as "nonspecific background" at 0.4 mM in relative luminometer units (TLU) in Table 11.
Die Halbwertszeit des Dioxetananions, die ebenfalls in Tabelle 11 angegeben ist, wurde wie folgt gemessen: alkalische Phosphatase (Endkonzentration) 2,83 · 10&supmin;¹³ M wurde zu 1 ml Lösung von 0,04 mM Dioxetan (in dem gleichen Puffer wie oben) gegeben und vollständig bei 30ºC in einem Turner Modell 20E-Luminometer dephosphoryliert. Die Halbwertszeit des Dioxetananions wurde dann wie in Beispiel XVIII beschrieben berechnet. TABELLE 11 HALBWERTSZEITEN UND NICHTSPEZIFISCHE HINTERGRUNDEMISSION VON DIOXETANEN BEI 31,5ºC The half-life of the dioxetane anion, also given in Table 11, was measured as follows: alkaline phosphatase (final concentration) 2.83 x 10-13 M was added to 1 ml of 0.04 mM dioxetane solution (in the same buffer as above) and completely dephosphorylated at 30°C in a Turner Model 20E luminometer. The half-life of the dioxetane anion was then calculated as described in Example XVIII. TABLE 11 HALF-LIFE AND NON-SPECIFIC BACKGROUND EMISSION OF DIOXETANES AT 31.5ºC
* Das Rohr enthielt 2,83 · 10&supmin;¹³ M alkalische Phosphatase in 0,1 M Diethanolamin, 1 mM MgCl&sub2;, 0,02% Natriumazid, pH 10,0* The tube contained 2.83 x 10⊃min;13 M alkaline phosphatase in 0.1 M diethanolamine, 1 mM MgCl₂, 0.02% sodium azide, pH 10.0
Die obige Diskussion der vorliegenden Erfindung betrifft vor allem bevorzugte Ausführungsformen und Praktiken davon. Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß weitere Änderungen und Modifizierungen bei der tatsächlichen Durchführung des hier beschriebenen Konzepts leicht gemacht werden können, ohne daß der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, geändert wird.The above discussion of the present invention primarily relates to preferred embodiments and practices thereof. It will be apparent to those skilled in the art that further changes and modifications can be readily made in the actual practice of the concepts described herein without changing the scope of the present invention as defined in the claims.
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